Forrasztás

A forraszanyag olvadási hőmérséklete alapján lágy és kemény forrasztási eljárást különböztetünk meg. Általában 450 fokig lágyforrasztásról beszélünk, míg a magasabb hőfokon történő forrasztást keményforrasztásnak nevezzük. Elvileg mindkét eljárás azonos, de más és más eszközök szükségesek a folyamat elvégzéséhez. A lágyforrasztáshoz elegendő hőfokot biztosítanak a különböző forrasztópákák, míg a keményforrasztáshoz oxigén és éghető gáz keverékéből előállított magas hőmérsékletű láng szükséges.
Az oldhatatlan kötési eljárások bemutatását most a lágyforrasztással kezdjük. A forrasztás előfeltétele, hogy a forraszanyagdiffúzió képes legyen a forrasztandó anyaggal. Az alkalmazási szempontok szerint három alapvető eljárást különböztetünk meg;

• Lemez és vastag tárgyak lágyforrasztása.
• Vezetékek, vékony anyagok forrasztása.
• Precíziós anyagok forrasztása (alacsony hőmérsékletű forrasztás).
   

Mind a három alapeljárás technológiai sorrendje azonos elveken nyugszik. Első lépésként a fém felületek mechanikus tisztítását kell elvégezni. Lemezek esetében drótkefével, csiszolással hozunk létre fémtiszta felületet, huzaloknál finom csiszolópapírral, vagy blankoló késsel tisztíthatjuk meg a forrasztani kívánt felületet.
Második lépés a kémiai tisztítás, erre a célra alkalmazzuk az úgynevezett folyató szereket. A folyató szereket mindig az anyag tulajdonságának megfelelően kell megválasztani. Létezik korrózív enyhén korrózív és nem korrózív folyató szer.
Korrózív folyató szer a forrasztóvíz, összetétele ZnCL2 (cinkclorid). Előállítható házilag is oly módon, hogy higított sósavba cinket adagolunk. Vigyázni kell, mert a folyamat során hidrogén gáz szabadul fel, ami robbanásveszélyes. Jól alkalmazható lemezek és vastag anyagok felületkezelésére, forraszanyag folyatására. Használat után a felületről langyos víz segítségével mossuk le, mert savas hatása a forrasztott felületet is roncsolja.
A forrasztó zsír enyhén korrózív folyató szer, összetétele cinkklorid-ammóniumklorid és szerves zsírok folyékony vagy pasztaszerű keveréke. 200-400 fok között használható. Alkalmazható vezetékek, vékony lemezek, tárgyak felület tisztítására. Maradványa langyos oldószeres vízzel távolítható el.
A fenyőgyanta vagy más néven kollofónum, nem korrozív természetes alapú folyató szer. Leginkább híradástechnikai berendezések forrasztásánál alkalmas tisztítószerként. Semleges kémhatása miatt maradványait nem kell eltávolítani a forrasztott felületről. A precíziós forraszok segédanyaga.
Az előzőleg említett hármas tagolódást követve most az alkalmazott eszközöket tekintsük át. A kiválasztás legfontosabb szempontja, hogy alkalmas legyen az eszközünk a forrasztáshoz szükséges hőmennyiség biztosítására. Lényeges, hogy ne melegítsük túl a forrasztani kívánt anyagot, de biztosítsuk a forrasztáshoz szükséges hőmérsékletet.
Vastag anyagok forrasztásához különböző forrasztópákákat célszerű használni (2). Ezek az eszközök úgynevezett "tűzipákák". Lényegük, hogy vörösréz forrasztó fejüket olyan alakúra formálták, mely segíti a forraszanyag felvitelét a forrasztani kívánt felületre. A hőmérséklet előállítása alapján van elektromos (4) és gáz (5) vagy benzinlámpás melegítővel ellátott rendszerű. Csatornák és egyéb nagy felületű tárgyak forrasztásához alkalmasak. Az elektromos kivitelűeknél célszerű legalább 300 W teljesítményűt használni. A gázzal melegített berendezés mobilitása lehetővé teszi a folyamatos üzemeltetést, míg a benzinlámpával melegített páka szakaszosan működtethető. Figyelni kell arra a tényre, hogy a vörösréz forrasztóvégen (6) létre jön a forrasz anyag korróziója, tisztítani kell a munkafolyamat megkezdése előtt, először mechanikusan, majd szalmiákkő alkalmazásával kémiailag. A szalmiákkő alkalmazását a 7. ábra mutatja be.
Néhány gondolat a páka tömege és a forrasztás összefüggéséről: A forrasztás során a forrasztó véget a forrasztandó anyag lehűti, ezzel a "hőntartási" folyamat megszakad. Gyakorlatilag olyan mértékben visszahűl a páka, hogy alkalmatlanná válik a forrasztó anyag megömlesztésére. A hiba elkerülése érdekében a vastag és jó hővezetésű anyagokat célszerű előmelegíteni (8), ezzel a forrasztás minőségét nagymértékben elősegítjük.
Vezetékek és vékony anyagok forrasztásának kiváló eszköze az elektromos pillanatforrasztó-páka (9). A váltóáramú transzformátor szekunder tekercsének kis feszültségű tekercsére kötött ellenállás (néhány század ohm, gyakorlatilag rövidzár) felmelegedése idézi elő a forrasztási hőmérsékletet. A forrasztó felület vörösréz huzal, vagy erre a célra kialakított gyári forrasztóhegy. A forrasztófelület tömege kicsi, így csak azokban az esetekben használható biztonsággal, ahol a visszahűtésből eredő veszteség nem számottevő (pl. vezetékek, apró tárgyak). Érdemes tudni ezekről a berendezésekről, hogy szekunder feszültségük 1 volt körüli, míg áramerősségük 100 A nagyságrendű. Hálózati fogyasztásuk kb. 100 W. Különböző hőmérsékleten üzemelő hegyekkel (3) lehet a forrasztás hőfokát előre meghatározni és ezt figyelembe véve, kiválasztani a megfelelő forrasztóanyagot.
A precíziós forrasztások eszköze a hőfok stabilizált elektromos pákák (10). Az elektrotechnikában használt félvezetőket és egyéb fokozottan hőmérsékletfüggő alkatrészeket kizárólag ezekkel a berendezésekkel lehet forrasztani.
A forraszanyagok olvadáspontját az anyag összetétele határozza meg. Általában ón-ólom ötvözeteket használunk, az ötvözési arányban az ólom tartalom határozza meg a kialakult olvadáspontot. A nagy ólom tartalmú forraszanyagok olvadáspontja és kötési szilárdsága magas. Az ón tartalom növekedésével csökken ugyan az olvadáspont, de ezzel együtt csökken a forrasztott kötés mechanikus terhelhetősége is. Célszerű tehát az okos középutat választani, pl. csatorna forrasztásánál alkalmazzuk az F-Sn 63, vagy az F-Sn 50 jelű forraszanyagot (a jelölő szám az óntartamot jelzi). Ezek a forraszanyagok rúd kivitelűek, folyató szert nem tartalmaznak.
Létezik olyan kialakítás, ahol a forrasztó anyagban található a folyató szer is, ezek az ún. "gyantás cinek" (11). Kémiai összetételük úgy módosul, hogy ón, ólom mellet még cadmiumot vagy bizmutot is tartalmaznak. A cadmium tartalom olvadáspont csökkentő hatásának köszönhetően a forrasztási hőmérséklet 140-160 fok közé csökken. Ez alkalmassá teszi a forrasztó anyagot a pillanatforrasztó-pákával történő használatra. Jelölése: F-Pb Sn 40 Cd, ahol a cadmium tartam 17-18%.
Precíziós forrasztásokhoz szükség van olyan forraszanyagokra melyek olvadáspontja 70-100 fok között, van. Ezt a hatást az ötvözet bizmut tartalmának fokozásával érhetjük el. Jelölése: F-Bi52 Sn15 Pb, ahol a bizmut tartalom 52-53%-os nagyságrendet ér el. Általában ezek a forraszanyagok folyasztó szert tartalmaznak. A folyató szert olyan módon helyezik el, hogy az több csatornán keresztül is beágyazásra került a forraszanyagba, ezzel a fokozott folyatási készséget segítik elő. A következőkben a keményforrasztással folytatjuk.