Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi EÜT 231 ÜRETİM YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi

SERT LEHİMLEME, YUMUŞAK LEHİMLEME VE YAPIŞTIRMA Yapıştırma 1

Sert ve Yumuşak Lehimlemeye Genel Bakış Her ikisi de metal parçaları kalıcı olarak birleştirmek için ilave metaller kullanır, ancak esas metaller erimez Eritme kaynağı yerine sert veya yumuşak lehimleme kullanılması için: Metallerin kaynak kabiliyeti kötüdür Farklı metaller birleştirilmektedir Yoğun kaynak ısısı, birleştirilen parçalara zarar verebilecektir Bağlantının geometrisi kaynağa izin vermemektedir Yüksek dayanım gerekli değildir 2

Yapıştırmaya Genel Bakış Parçaları birleştirmek için bitişik yüzeylerde bir ilave malzeme ve kuvvet kullanır Yapıştırmada ilave malzeme metalsel değildir Birleştirme işlemi oda sıcaklığında veya hafifçe yüksek sıcaklıkta yapılabilir 3

Sert Lehimleme Bir ilave metalin eritildiği ve birleştirilecek parçaların temas eden yüzeyleri arasında kapiler etkiyle dağıldığı birleştirme yöntemi Esas metaller erimez Sadece dolgu metalleri erir Dolgu metalinin Tm ‘si 450C’den yüksek ancak birleştirilecek esas metal(ler)in Tm ‘sinden düşüktür En altta: Aralık 1,0 mm – kapiler etki yok Ortada: Aralık 0,7 mm – kapiler etki yeterli değil Üstte: Aralık 0,2 – 0,5 mm – kapiler etki iyi 4

Sert Lehimlenmiş Bağlantının Dayanımı Eğer bağlantı uygun şekilde tasarlanmış ve sert lehimleme işlemi uygun şekilde uygulanmışsa, katılaşmış bağlantı, oluşturulduğu ilave metalin dayanımından daha dayanıklı olacaktır Neden? Sert lehimlemede kullanılan küçük parça aralıkları Esas ve ilave metaller arasında oluşan metalurjik bağ Esas metal tarafından bağlantıya getirilen geometrik sınırlamalar 5

Kaynağa Kıyasla Sert Lehimlemenin Üstünlükleri Farklı metaller dahil, herhangi bir metal birleştirilebilir Yüksek imalat hızlarına izin veren, çabuk ve aynı özelliklere sahip şekilde gerçekleştirilebilir Çoklu bağlantılar aynı anda sert lehimlenebilir Genel olarak eritme kaynağına göre daha düşük ısı ve güç gerekir Bağlantıya bitişik esas metaldeki ITAB’daki problemler daha azdır Kapiler etki erimiş metali bağlantının içine çektiğinden, çoğu kaynak yöntemiyle ulaşılamayan bağlantı bölgeleri sert lehimlenebilir. 6

Sert Lehimlemenin Zayıflıkları ve Sınırlamaları Bağlantı dayanımı, kaynaklı bağlantıdan genellikle daha düşüktür Bağlantı dayanımı, esas metalinkinden daha düşük olma eğilimindedir Yüksek servis sıcaklıkları, bir sert lehimli bağlantıyı zayıflatabilir Muhtemel bir estetik zayıflık olarak, sert lehimli metalin rengi, esas metal parçaların rengiyle uyumlu olmayabilir 7

Sert Lehimleme Uygulamaları Otomotiv (örn., boruların ve tesisatların birleştirilmesi) Elektrik ekipmanlar (örn., tel ve kabloların birleştirilmesi) Kesici takımlar (örn., semente edilmiş karbür insert ve kesici uçların sert lehimlenmesi) Mücevher yapımı Kimyasal işlem endüstrisi, boru tesisatları ve ısıtma işlemi yapanlar, metal boru ve tesisatları sert lehimleme ile birleştirirler Tamir ve bakım işleri 8

Sert Lehimli Bağlantılar Alın ve bindirme bağlantılar yaygındır, ancak geometri genellikle sert lehimlemeye uydurulur Parçalar arasında geniş arayüzey sağladığından, bindirme bağlantılar en yaygın kullanılanlardır Sert lehimlenmiş bir bağlantıda ilave metal, esas metale sadece uçlardan değil tüm yüzey boyunca birleşir 9

Sert lehimlenmiş bağlantı Şekil 32.1 ‑ (a) Konvansiyonel alın bağlantı, ve alın bağlantının sert lehimlemeye uydurulması: (b) eğik yüzeyli bağlantı, (c) kademeli alın bağlantı, (d) parçanın bağlantı bölgesindeki kesiti arttırılmış 10

Sert lehimlenmiş bağlantı Kılıf Şekil 32.2 ‑ (a) Geleneksel bindirme bağlantı, ve bindirme bağlantının sert lehimlemeye uydurulması: (b) silindirik parçalar, (c) sandviç parçalar, ve (d) alın bağlantıyı bindirme bağlantıya dönüştürmek için kılıf kullanımı 11

Parçalar Arasındaki Açıklık Esas parçaların birleşecek yüzeyleri arasındaki açıklığın, erimiş dolgu metalinin akmasını engellemeyecek derecede geniş, ancak kapiler etkinin zayıflamasına neden olmayacak derecede de dar olması gerekir Dayanımın en yüksek değere ulaştığı bir açıklık değeri vardır. Bu açıklık, esas metale, ilave metale, bağlantı şekline ve işlem koşullarına bağlıdır Tipik sert lehimleme açıklıkları 0,001 – 0,010 mm arasındadır

Şekil 32.3 ‑ Bağlantı açıklığının fonksiyonu olarak bağlantı dayanımı Tavsiye edilen aralık Dolgu metalinin döküm halindeki dayanımı Dolgu metalinin lehim bağlantısı halindeki dayanımı Bağlantı dayanımı Aralık Şekil 32.3 ‑ Bağlantı açıklığının fonksiyonu olarak bağlantı dayanımı 12

Sert Lehimleme için Bazı İlave Metaller (Sert Lehim Alaşımları) Esas metal(ler) İlave metal(ler) Alüminyum Alüminyum ve silisyum Nikel-bakır alaşımları Bakır Bakır Bakır ve fosfor Çelik, dökme demir Bakır ve çinko Paslanmaz çelik Altın ve gümüş 13

Sert Lehim Alaşımından Beklenen Özellikler Erime sıcaklığı esas metalden oldukça düşük olmalıdır İyi ıslatabilirlik için sıvı fazdayken yüzey gerilimi düşük olmalıdır Arayüzeye iyi nüfuziyet için yüksek akıcılık Sert lehimli bağlantının uygulamada kullanıma yeterli dayanıma sahip bir bağlantı oluşturma kapasitesi Esas metalle kimyasal veya fiziksel etkileşim göstermemesi (örn., galvanik reaksiyon) 14

Sert lehimlenmiş bağlantı İlave çubuk Aralık Üfleç Birleştirilecek parçalar Şekil 32.4 ‑ Sert lehimlemede ilave metalin değişik uygulanma teknikleri: (a) üfleç ve ilave çubuk. Sıra: (1) önce, ve (2) sonra 15

Sıra: (1) önce, ve (2) sonra Aralık Halka şeklinde İlave çubuk Birleştirilecek parçalar Sert lehimlenmiş parça Şekil 32.4 ‑ Sert lehimlemede ilave metalin değişik uygulanma teknikleri : (b) aralık girişinde ilave metal halkası Sıra: (1) önce, ve (2) sonra 16

Sıra: (1) önce, ve (2) sonra Sert lehimlenmiş parça Birleştirilecek parçalar İlave metal folyosu (1) (2) (c) Şekil 32.4 ‑ Sert lehimlemede ilave metalin değişik uygulanma teknikleri : (c) düz parça yüzeyleri arasında ilave metal folyosu Sıra: (1) önce, ve (2) sonra 17

Sert Lehim Dekapanları Kaynaktakine benzer amaç; çözünürler ve uzaklaştırılmadıklarında sert lehimleme işlemini engelleyen oksitlerle ve istenmeyen diğer yan ürünlerle birleşirler İyi bir dekapanın karakteristikleri: Düşük erime sıcaklığı İlave metalle yer değiştirebilmesi için düşük viskozite Islatmayı arttırır İlave metal katılaşıncaya kadar bağlantıyı korur 18

Dekapanın Davranışı Dekapan sürülür Hava Dekapan oksitleri çözer Lehim alaşımı yüzeyi ıslatır ve dekapanı uzaklaştırır Tavlamadan önce Dekapanın etki sıcaklığında Sert lehimin çalışma sıcaklığında Sıcaklığın artışı 19

Isıtma Menbalarına Göre Sert Lehimleme Yöntemlerinin Sınıflandırılması Üfleçle (alevle) Sert Lehimleme – üfleç alevi bağlantının yakınındaki parçaya doğru yönlendirir Fırında sert lehimleme – fırın, sert lehimleme için gerekli ısıyı sağlar İndüksiyonla Sert Lehimleme – parçada indüklenen yüksek frekanslı akıma karşı elektrik direnciyle ısıtma Dirençle Sert Lehimleme – parçalardan geçen elektrik akımına karşı dirençle ısıtma Daldırmayla Sert Lehimleme – ya erimiş tuz ya da metal banyosu Infrared Sert Lehimleme – yüksek yoğunluklu infrared lambalar kullanılır 20

Sert Lehim Kaynağı Bu yöntem, uygulanacak birleştirme türü yönünden diğer sert lehimleme yöntemlerinden ayrılır. Sert lehim kaynağı, bir V ağzının doldurulması gibi, geleneksel kaynakla birleştirmeye daha çok benzer Sert lehim metali Şekil 32.6 ‑ Sert lehim kaynağı.Bağlantı, sert lehim dolgu metali içerir; bağlantıda esas metal erimez. 21

Yumuşak Lehimleme Tm ≤ 450°C bir ilave metalin eritildiği ve birleştirilecek parçaların temas yüzeyleri arasına kapiler etkiyle dağıldığı birleştirme yöntemi Esas metaller erimez, ancak ilave metal, metalurjik bağ oluşturmak üzere esas metali ıslatır ve birleşir Yumuşak lehimlemenin detayları sert lehimleme ile aynıdır ve aynı ısıtma yöntemlerinin çoğu kullanılır İlave metal yumuşak lehim olarak adlandırılır Çoğu elektrik ve elektronik işlemlerle yakından ilgilidir (tellerin yumuşak lehimlenmesi) 22

Yumuşak Lehimlemenin Üstünlükleri ve Zayıflıkları Sert lehimleme veya eritme kaynağına göre daha düşük enerji girdisi Değişik ısıtma yöntemleri mevcuttur Bağlantıda iyi elektrik ve ısıl iletkenlik Tamiri ve yeniden yapılması kolay Zayıflıkları: Mekanik yöntemlerle takviye edilmedikçe düşük bağlantı dayanımı Yüksek sıcaklıklarda bağlantının muhtemel zayıflaması veya erimesi 23

Yumuşak Lehim Alaşımları Genel olarak kalay (Sn) ve kurşun (Pb) alaşımlarıdır. Her ikisi de düşük Tm’ye sahiptir Kurşun zehirleyicidir ve çoğu yumuşak lehim alaşımındaki yüzdesi en aza indirilmiştir Kalay yumuşak lehimleme sıcaklıklarında kimyasal olarak aktiftir ve başarılı bir bağlantı için ıslatmayı destekler Bakır’ın yumuşak lehimlenmesinde, bakır ve kalay, bağlantıyı güçlendiren metallerarası bileşikler oluşturur Gümüş ve antimon da bazen yumuşak lehim alaşımı olarak kullanılmaktadır 24

Yumuşak lehimlenmiş bağlantı Yumuşak lehimlenmiş bağlantı Çentik (a) (b) (c) (d) Şekil 32.7 ‑ Yumuşak lehimlemede dayanımı arttırmak için mekanik kilitleme: (a) düz kilit dikiş; (b) cıvatalı veya perçinli bağlantı; (c) bakır boru birleştirme – silindirik bindirme bağlantı; ve (d) silindirik bindirme bağlantının çentiklenmesi (şekillendirilmesi) 25

Kaplı tam delik Yumuşak lehim bağlantısı Tel PC kartı İzolasyon Terminal Şekil 32.8 ‑ Elektronik bağlantılarda yumuşak lehimlemeden önce mekanik araçlarla bağlantıyı sağlamlaştırma teknikleri: (a) PC kartı üzerinde kıvrılmış kurşun tel; (b) yumuşak lehimin temas yüzeyini genişletmek için PC kartı üzerinde kaplı tam delik; (c) düz terminal üzerinde kanca şeklinde tel; ve (d) döndürülmüş teller 26

Yumuşak Lehim Dekapanları – İşlevleri Yumuşak lehimleme sıcaklığında erir Oksit filmlerini söker ve esas parça yüzeylerinden uzaklaştırır Isıtma sırasında oksitlenmeyi engeller Temas eden yüzeylerdeki ıslatmayı destekler İşlem sırasında erimiş yumuşak lehim alaşımıyla kolayca yer değiştirir Korozif ve iletken olmayan artıkları bırakır 27

Yumuşak Lehimleme Yöntemleri Daha az ısı ve daha düşük sıcaklık gerekmesi hariç, çoğu yumuşak lehim yöntemi sert lehimleme ile aynıdır İlave yöntemler: Elle yumuşak lehimleme – elle sevkedilen yumuşak lehim tabancası Dalgalı yumuşak lehimleme – baskı devresi kartlarında çoklu kurşun tellerin yumuşak lehimlenmesi Geri akışlı yumuşak lehimleme – baskı devre kartları üzerindeki yüzey ağız bileşenlerinde kullanılır 28

Erimiş yumuşak lehim alaşımı PC kartı Bileşenler Şekil 32.9 ‑ Kurşun tellerin baskı devresi kartı üzerine birleştirilmesi için erimiş yumuşak lehim alaşımının dar bir kanaldan kartın alt yüzeyine beslendiği dalgalı yumuşak lehimleme 29

Yapıştırma İki (ya da daha fazla) yakın yerleştirilmiş parçayı yüzey birleştiricisi ile bir arada tutmak için bir ilave malzemenin kullanıldığı birleştirme yöntemi Metal, plastik, seramik, ahşap, kağıt ve mukavva gibi aynı veya farklı malzemeleri birleştirmek için geniş bir birleştirme veya sızdırmazlık uygulamalarında kullanılır Artan uygulamalar için fırsatları nedeniyle büyük bir alana yayılabilir 30

Yapıştırmada Terminoloji Yapıştırıcı = ilave malzeme, metal dışı, genellikle bir polimer Yapışan = birleştirilen parçalar Yapısal yapıştırıcı – mühendislikte en büyük ilgiye sahip, kuvvetli, rijit yapışanlar arasında güçlü, kalıcı bağlantılar yapma kabiliyetine sahip 31

Yapıştırmada Sertleşme Yapıştırıcının fiziksel özelliklerinin, parçaların yüzeylerini birleştirmek için genellikle kimyasal reaksiyonla sıvıdan katıya dönüşme işlemi Sertleşme, genellikle ısı ve/veya bir katalizör ile gerçekleştirilir Eğer ısı kullanılmışsa, sıcaklıklar göreceli olarak düşüktür Sertleşme zaman alır ‑ imalatta bir zayıflık Yapışma işlemini gerçekleştirmek için bazen parçalar arasında basınç uygulanır 32

Bağlantının Dayanımı Aşağıdakilerin dayanımına bağlıdır: Yapıştırıcı Yapıştırıcı ile yapışanlar arasındaki bağlantı Bağlantının dayanımı birkaç mekanizma içerir: Kimyasal bağ oluşumu – yapıştırıcı ve yapışan, sertleşmeden sonra bir primer kimyasal bağ oluşturur Fiziksel etkileşimler – karşılıklı yüzeylerin atomları arasında sekonder kuvvetler Mekanik kilitlenme – Yapışanın pürüzlülüğü, sertleşen yapıştırıcının, mikroskopik yüzey pürüzlerinde sıkışmasına ve kilitlenmesine neden olur 33

Bağlantı Tasarımı Yapıştırılmış bağlantılar, kaynaklı, sert veya yumuşak lehimli bağlantılar kadar güçlü değildir Bağlantı temas alanı en büyük değerine çıkarılmalıdır Adhezif bağlantılar en çok kayma ve çekme’de güçlüdür. Bağlantılar, uygulanan gerilmelerin bu tür olacağı şekilde tasarlanmalıdır Yapıştırılmış bağlantılar, Yapıştırılmış bağlantılar, en çok ayrılma ve sıyrılmaya karşı zayıftır. Bağlantılar, bu tür gerilmelerden kaçınacak şekilde tasarlanmalıdır 34

Yapıştırıcı Şekil 32.10 ‑ Yapıştırma bağlantılarında dikkate alınması gereken gerilme türleri: (a) çekme, (b) kayma, (c) ayrılma, ve (d) sıyrılma 35

Şekil 32.11 ‑ Yapıştırma için bazı bağlantı tasarımları: tam kesit (d) alın bağlantı; (e) (f)’e kadar T‑bağlantılar; ve (g) ila (j) köşe bağlantılar 36

Yapıştırıcı Perçin Nokta kaynak çekirdeği Şekil 32.12 ‑ Yapıştırmanın, diğer birleştirme yöntemleriyle kombinasyonu: (a) kaynak-yapıştırma – nokta kaynaklı ve yapıştırılmış bağlantı; (b) perçinli (veya cıvatalı) ve yapıştırılmış bağlantı; (c) şekillendirilmiş ve yapıştırılmış bağlantı 37

Yapıştırıcı Türleri Doğal yapıştırıcılar – reçine, nişasta, şeker, soya tuzu, kola gibi doğal kaynaklardan elde edilirler Düşük-gerilmeli uygulamalar: mukavva kartonları, döşeme, kitap ciltleri; veya geniş yüzeyler: kontrplak İnorganik – esas olarak sodyum silikat ve magnezyum oksiklorür’e dayanır Düşük maliyetli, düşük dayanımlı Sentetik (yapay) yapıştırıcılar – değişik termoplastik ve termoset polimerler 38

Sentetik (Yapay) Yapıştırıcılar İmalatta en önemli kategori Sentetik yapıştırıcılar, değişik mekanizmalarla sertleşirler: Uygulamadan önce polimeri katalizör ve reaktif katkılarla karıştırma Kimyasal reaksiyonu başlatmak için ısıtma Ultraviyole ışık gibi, radyasyonla sertleştirme Sıvı veya pastadan suyu buharlaştırarak sertleştirme Yapışanlardan birinin yüzeyine film veya basınca duyarlı kaplama olarak uygulama 39

Yapıştırıcıların Uygulamaları Otomotiv, uçak, yapı ürünleri, gemi yapımı Paketleme endüstrisi Ayakkabı Döşeme Kitap ciltleme Elektrik ve elektronik 40

Yüzey Hazırlama Yapıştırma işleminin başarılı olması için, yüzeyler son derece temiz olmalıdır Yapışma dayanımı, yapıştırıcı ile yapışan arasındaki adhezyonun derecesine, bu ise yüzeyin temizliğine bağlıdır Metallerde, temizleme için genellikle çözücüyle silme ve kum püskürterek yüzeyin aşındırılması adhezyonu arttırır Metal dışı parçalarda, genellikle bazı tür çözücüler kullanılır ve yüzeyler, pürüzlülüğü arttırmak için taşlanır veya kimyasal olarak dağlanır 41

Uygulama Yöntemleri Elle fırçalama veya rulolama İpek kaplama Elle çalıştırılan dağıtıcı kullanarak yüzdürme Püskürtme Otomatik aplikatörler Rulo kaplama 42

Şekil 32.13 ‑ Montaj sırasında parçaları birleştirmek için, yapıştırıcı, elle kontrol edilen bir dağıtıcı yardımıyla dağıtılır (EFD, Inc.’in izniyle) 43

Rulo Kaplama Şekil 32.14 ‑ Kağıt, kumaş veya esnek polimer gibi ince ve esnek bir malzemenin üzerine yapıştırıcının rulo ile kaplanması 44

Yapıştırmanın Üstünlükleri Çok geniş malzeme türüne uygulanabilir Yapışma, bağlantının tüm yüzeyinde oluşur Düşük sıcaklıktaki sertleşme, birleştirilen parçalarda hasardan kaçınmayı sağlar Hem yapıştırma hem de sızdırmazlık sağlama Bağlantı tasarımı genellikle basitleştirilir, örn. İki düz yüzey, cıvata delikleri gibi özel parça özelliklerine gerek olmadan birleştirilebilir 45

Yapıştırmanın Sınırlamaları Bağlantılar genellikle diğer birleştirme yöntemleri kadar güçlü değildir Yapıştırıcı, birleştirilen malzemelere uygun olmalıdır Servis sıcaklıkları sınırlıdır Yapıştırıcının uygulanmasından önce temizlik ve yüzey hazırlığı önemlidir Sertleşme süreleri, üretim hızını sınırlayabilir Yapıştırılmış bağlantıların muayenesi zordur 46