Lotani spoji

Osnove lotanja

Termični postopek spajanja kovinskih delov z dodajanjem raztaljene kovine ali pogosteje zlitine, ki je po sestavi različna od osnovnega materiala in ima od njega nižjo talilno temperaturo, imenujemo lotanje. Pri postopku lotanja nastane lotni spoj, ki je skupek raztaljene kovine oz. lota ter stičnih delov osnovnega materiala.

Postopek lotanja poteka v temperaturnem območju med delovno in najvišjo dopustno temperaturo lotanja oz. spajkanja. Delovna temperatura je najnižja temperatura, pri kateri se material lota že razliva in se sprijema na osnovni material. Pri tej temperaturi že pride do izmenjave atomov in s tem legiranja na mejnih površinah lota in osnovnega materiala. Ravno te izmenjave na atomskih ravneh so tiste, ki med lotom in osnovnim materialom po ohladitvi lota naredijo spoj. 

Nasprotno, kot najvišjo temperaturo lotanja pa označimo tisto temperaturo, ko še ne prihaja do razgradnje spajke, talila ali osnovnega materiala lotanca. Ob prekoračenju te temperature se zmanjšata zaščita ali oprijem, ali pa ju ni več. Med postopkom lotanja lahko dodajamo tudi razne nekovinske paste, praške, ki imajo vlogo talila. Talila pospešujejo legiranje na mejnih površinah med lotom in osnovnim gradnikom ter izboljšujejo vezne lastnosti med njima. Shema lotnega spoja je prikazana na Sliki 1.

Glede na temperaturo taljenja lota med seboj ločimo mehka lotanja, ki potekajo pri temperaturah tališča lota pod 450 °C, in trda lotanja, ki potekajo pri temperaturi tališča nad 450 °C.

Mehko lotamo, ko spajamo osnovne materiale, ki bodo obratovali pri nizkih obratovalnih temperaturah (do 60 °C) in ne bodo prenašali visokih obremenitev. Zlitine pri mehkem lotanju železa in bakra so izdelane iz kositra, antimona in svinca, talila pa so večinoma kloridi cinka in drugih kovin (npr. cinkov klorid s prosto solno kislino in amonijev klorid). Uporaba mehkega lotanja je najpogostejša, kadar spajamo električne priključke oz. na splošno v finomehaniki zaradi lastnosti materiala spajanja, saj zaradi kapilarnega učinka zalije vse reže in dobro tesni.

Loti, izdelani iz zlitine, ki ima tališče nad 450 °C, pa prenašajo že večje obremenitve in obratovalne temperature lotnega spoja do 200 °C. Materiali lotov za lotanje težkih kovin so najpogosteje medenina, srebro ali aluminij, materiali lotov za spajanje lahkih kovin pa so zlitine aluminija, silicija in kositra. Trdi loti se uporabljajo v avtomobilski gradnji in v splošni strojegradnji, npr. pri zvezi gredi in pesta.

Lotanja med seboj lahko delimo tudi glede na način nastanka lota ter glede na način, kako je lotno mesto oblikovano.

Pri delitvi glede na način nastanka lota ločimo:

  • lotanje s plamenom (uporaben za trdo in mehko lotanje);
  • lotanje s spajkalom (lotanje mehkih kovin);
  • lotanje s potapljanjem (uporaben za trdo in mehko lotanje);
  • lotanje s segrevanjem na grelcu (uporaben za trdo in mehko lotanje);
  • uporovo lotanje (uporaben za trdo in mehko lotanje).

Lotanje je široko uporabljen postopek, ne glede na to, da je nosilnost lotnega spoja v primerjavi z zvarnimi spoji mnogo manjša. 

Lotne spoje uporabljamo takrat, ko želimo, da nerazstavljiva zveza dobro tesni, hkrati pa ne smemo pričakovati, da bo lotni spoj obratoval pri visokih obratovalnih temperaturah. Obratovalna temperatura spoja mora biti občutno nižja od talilne temperature spoja. Lotni spoji slabo prenašajo natezne obremenitve, zato jih uporabljamo le v primerih, kjer je spoj obremenjen na strig ali tlak. 

Primeri uporabe lotnih spojev so predstavljeni v nadaljevanju.

Oblikovanje lotnih spojev

Ko oblikujemo stroj, pri katerem imamo namen uporabiti tehnike lotanja, moramo paziti, da je spoj oblikovan v skladu z naslednjimi navodili: 

  • izogibati se moramo soležnih lotnih spojev,
  • spoje oblikovati tako, da prenašajo le strižne ali tlačne obremenitve in
  • z obliko delov zagotoviti, da je porazdelitev napetosti po lotu čim bolj enakomerna.

Poleg tega mora biti med lotanima elementoma prisotna tudi zračna reža višine h, ki pa mora biti čim manjša in enakomerna po celotni dolžini lota, saj le tako lahko dosežemo učinek kapilarnosti, z neenakomernim prerezom reže pa bi povzročili težave pri pretoku tekočega lota. Primer pravilne in nepravilne oblike lotnega spoja je prikazan na Sliki 4.

Lotne spoje uporabljamo za spajanje v različne namene. Lotamo lahko pločevine, cevi, rezervoarje, različne valjaste elemente, pločevinke, vendar moramo pri tem upoštevati nekaj smernic.

Pri lotanju pločevin lotne spoje običajno oblikujemo kot prekrivne spoje ali spoje z zaplato, pri tem pa pazimo, da je priporočljiva dolžina lota vsaj 3-kratnik debeline pločevine, ki jo lotamo.

Slika 5 prikazuje naslednje primere:

  • prekrivnega spoja (a),
  • spoja z zaplato (b) in
  • poševnega spoja (c).

Pri lotanju cevi upoštevamo priporočilo, da ko imamo debelino cevi, večjo od dveh mm, lahko spoj, ki bo lotan, oblikujemo kot poševni spoj v obliki stožca. V nasprotnem primeru, tj. pri debelini cevi pod dvema mm ali pa če cevi spajamo z mehkimi loti z namenom povečanja nosilnosti zveze, cevi med seboj lotamo s prekrivnim spojem, kot je prikazano na Sliki 6.

Kadar lotamo valjaste elemente, se moramo v splošnem izogibati obliki spoja, obremenjeni na nateg, in neenakomernemu poteku napetostnih silnic čez spoj. Primeri dobre prakse pri lotanju okroglih elementov so prikazani na Sliki 7, kjer je pri obeh primerih razvidno, da je spoj oblikovan na strig ter da so silnice v spoju zvezno speljane.