Lödning
Lödning är en sammanfogning, av metallföremål som sker genom uppvärmning av de delar som ska sammanfogas och smältning av en tillsatsmetall, så kallat lod eller slaglod. För att förhindra oxidering, samt öka lodets flytbarhet och förmåga att väta fogen används fluss.
När utseendet är betydelsefullt utgörs lodet ofta av en huvudmetall som överensstämmer med de metaller som ska sammanfogas. Lodet måste dock ha lägre smälttemperatur än de metaller som möts i fogen. Detta uppnås genom att lodet legeras, i huvudsak med metaller som har lägre smälttemperatur än lodets huvudmetall. Exempelvis legeras silver- och guldlod främst med zink. Smälttemperatur för silverlod är ca 580–755 °C och för guldlod ca 680–900 °C. (Rent silver har smälttemperaturen 962 °C, rent guld 1 064 °C och ren zink 420 °C.)
Tennlod och blylod för de lägre smälttemperaturerna legeras bland annat med kadmium. Eftersom kadmium är hälsofarligt får kadmiumlegerat lod inte användas där det kan komma i beröring med mat och dryck. Den eutektiskta tenn-bly-kadmium-legeringen består av 50 % tenn, 32 % bly, 18 % kadmium och har smältpunkt 145 °C.
Den illustrerade lödstationen utnyttjar Curieeffekten för temperaturstyrningen, som kan hållas inom snäva gränser med kolven såväl i vila, som under arbete.
Mjuklödning
Vid mjuklödning ligger lodets temperatur under en obestämd gräns omkring 450 °C. Detta är den temperatur då föremålen i mörker börjar synas svagt rödglödande. Den viktiga gruppen tenn/bly-lod med smältintervall ungefärligen 150–250 °C hör hit. (Rent tenn har smältpunkten 232 °C och rent bly 320 °C.)
Det vanligaste lödtennet har proportionen 60 % tenn och 40 % bly, så kallat 60/40-tenn eller radio-lödtenn. Smältpunkten är 183–188 °C. Då är det fråga om ett smältintervall omkring denna temperatur; smältan stelnar inte direkt, när temperaturen sjunker, utan har en degig konsistens. Legeringen 55/45 med något högre smältpunkt förekommer också.
För kritiska lödningar ska förhållandet tenn/bly vara precis 63/37, så kallat eutektiskt tenn. Denna sammansättning ger den lägsta smälttemperaturen som är möjlig med systemet tenn/bly, 183 °C. Med denna sammansättning har också smältintervallet krympt till noll, smältan går vid avsvalnandet direkt från flytande till fast form, utan något degigt mellanläge.
- För lödning av blymanteln vid skarvning av telefonkablar används kabellödtenn med sammansättningen 37 % tenn och 63 % bly. Observera, att detta inte är den eutektiska sammansättningen, utan för kabellödtenn är metallernas proportioner omkastade! Vid blylödning används ren stearin som flussmedel.
- Vid allmänt plåtslageriarbete används bastlerlot med tenn/bly-sammansättningen 50/50 med smältintervall kring 212 °C. (Bastler är plåtslagare på tyska.)
- För reparation av plåtskador på bilar används så kallat karosseritenn med sammansättningen bly 71,5 %, tenn 27 % och antimon 1,5 %. (Ren antimon smälter vid 631 °C.) Antimontillsatsen bidrar till att lodet blir hårt. En liknande sammansättning används även som stilmetall vid tryckning med blytyper, en numera föråldrad metod.
- För kapillärlödning av kopparrör i VVS-anläggningar används ett silverhaltigt lod med 97 % tenn och 3 % silver, "rörmokartenn". Som namnet antyder har denna legering särskilt god flytbarhet i de smala spalter, som förekommer vid detta slags rörskarvning. En annan egenskap är att det utan att nämnvärt förlora i hållfasthet motstår de temperaturer något över 100 °C, som kan förekomma vid varmvatteninstallationer. Friheten från bly gör att detta slags tenn kan användas även där det kan komma i kontakt med mat och dryck. Ett annat VVS-lod är tenn/koppar 97/3, vilket kan användas upp till 110 °C.
- De vanliga tenn/bly-loden löser koppar vid normal mjuklödningstemperatur, trots att smälttemperaturen för ren koppar är så hög som 1084 °C. Detta innebär att lödkolvspetsar av koppar efter hand blir gropiga, "äts upp". Detta motverkas av lod som redan innehåller koppar (så kallad "moteld"), till exempel med sammansättningen tenn 50 %, bly 48,5 %, koppar 1,5 %; smältintervall 183–215 °C (så kallad Savbit, ett handelsnamn).
En utförligare tabell över smältpunkter för olika tenn/bly-sammansättningar finns vid uppslagsordet legering.
- Typ HMP (av engelska High Melting Point) används i högtemperaturmiljö, exempelvis
- Tenn 5 %, bly 92 %, silver 3 % (296–305 °C)
- Tenn 8 %, bly 92 % (280–305 °C)
- Typ LMP (av engelska Low Melting Point) används när temperaturen måste hållas låg, exempelvis vid lödning av tennföremål. Då kan en legering tenn/vismut 43/57 användas där smältpunkten 138 °C ligger betryggande under det rena tennets 232 °C. (Ren vismut smälter vid 271 °C.) Att löda tennföremål med normal-lod typ 60/40 kräver stor vana; tennföremålet som ska lödas smälter lätt om temperaturen blir bara aningen för hög, och en tilltänkt reparation kan resultera i destruktion.
Med tenn/bly/kadmium kan man få ett LMP-lod med smältpunkt 145 °C (Sn 50 %, Pb 32 %, Cd 18 %), men då måste man ta i beaktande att kadmium är giftigt och även annars betänkligt ur miljösynpunkt. Detta lod får absolut inte användas där det kan komma i kontakt med dricksvatten eller matvaror.
Vid lödning är det viktigt att:
- Temperaturen är så hög att man ligger över smältintervallets övre gräns, annars får man inte ordentlig vätning. Samtidigt får temperaturen inte vara så hög, eller vara så länge att värmekänsliga delar tar skada.
- Fogen måste hållas stilla ända till dess temperaturen sjunkit under smältintervallets nedre gräns, annars går hållfastheten ner katastrofalt, och skulle det gälla en elektrisk förbindning kan det bli oacceptabelt högt övergångsmotstånd. I lågnivåkretsar kan en dålig lödning även ge upphov till brus och knaster.
För elektriska förbindningar av främst koppartrådar får endast flussmedel utan korrosionsegenskaper användas, främst harts, eventuellt löst i alkohol. Vid lödning på järn ger emellertid harts inte bra resultat. Förr användes ofta salmiak (ammoniumklorid, som luktar mycket illa och vars ångor inte är särskilt nyttiga att inandas.) Ett annat medel är så kallat lödvatten. Den traditionella framställningen sker genom att man löser upp zinkbitar med saltsyra. Resultatet är inget annat än en zinkkloridlösning. Om man inte tillför tillräckligt mycket zink blir det oförbrukad saltsyra kvar, vilket ger korrosion på området kring lödstället, och lödvatten används därför inte vid elektriska lödningar.
På senare tid har det kommit vattenlösliga fluss, som är godkända för maskinlödning av kretskort.
Hårdlödning
Hårdlödning innebär sammanfogning av solida material med hjälp av material som har en smältpunkt lägre än de material som ska sammanfogas, där man samtidigt nyttjar kapilläreffekten för att få sammanfogningsmaterialet att fylla ut fogen.
Hårdlödning innebär att temperaturen ligger över den ungefärliga gränsen 450 °C men under smälttemperaturen för de delar som ska sammanfogas. Därvid använt lod kallas hårdlod eller slaglod.
Det vanligaste är att man använder ett lödpulver som flussmedel, ofta av borax eller kolofonium.[1]
Slaglod av silver används främst vid lödning av smycken och liknande, där färgen på lödningens fog är av betydelse. Vid lödning av koppar används oftast ett slaglod i mässing med en kopparhalt på 40-55 %.[1]
Ett särskilt lättsmält lod vid hårdlödning är så kallat paljelod.
Svettning
Vid vissa svåra lödningar kan man först plätera varje arbetstycke för sig. Sedan fixerar man fogen i rätt läge och värmer det hela tills pläteringen smälter på de delar, som ska sammanfogas. Smältan blir då gemensam för delarna, som efter avsvalning hänger ihop utan ytterligare tillsats av lod. Detta kallas för att svetta samman delarna. (Observera stavningen, det är alltså inte fråga om felstavad svetsning.)
Svetslödning
Vid svetsning är temperaturen så hög att metallen vid fogen smälter. I ett obestämt temperaturområde där fogen är på gränsen att smälta men blivit plastisk, talar man om svetslödning.
Våglödning
Vid maskinell lödning av kretskort används en stor rektangulär järngryta fylld med smält lod och minst så bred som kretskortet. En värmetålig pump i bottnen av grytan pumpar en ström av tenn upp mot ytan, varvid en vågkam på någon cm höjd uppstår i mitten av smältan, parallellt med en grytkant. Kretskortet, som i förväg påförts lämpligt flussmedel förs på en bana tätt över tenngrytan, så att kortet bara nuddar vågkammen, när det i avpassad hastighet långsamt glider förbi. Alla kortets lödställen löds på detta sätt i ett svep, som bara tar några sekunder för ett normalt kretskort.
Hastigheten varmed kortet rör sig över tennvågen, måste vara noga avpassad. Det måste gå så långsamt att lodet ordentligt flyter in i kapillärer och legerar sig med det som ska lödas samman. Samtidigt måste det hela gå tillräckligt fort så att värmekänsliga delar på kortet inte skadas.
I samma takt som tennet i grytan förbrukas tillförs mera lod, så att vågkammen hela tiden hålls på lagom höjd.
Järnet i grytan innebär ett problem. Så småningom går nämligen en del järn i lösning och legerar sig med det smälta lodet. Detta medför både att lodets smältpunkt stiger och att smältintervallet vidgas. Detta ger efter hand försämrad kvalitet på lödningen på grund av minskad flytbarhet (minskad viskositet). Små "spjut" vid lödställena kan vara ett tecken på att lodet är förorenat av järn. När detta tillstånd har nåtts, måste allt tenn i grytan kasseras och grytan laddas om med färskt lod. (Givetvis tar man det värdefulla skrotet till vara och använder det till annat eller sänder det till smältverk för raffinering.)
Pinnlödning
Hårdlödningsmetod där man har en lodpinne med hårdlod i spetsen som är den smältande delen. Liknar bultsvetsning fast lödning istället. Ofta batteridrivna utrustningar. Används huvudsakligen för applicering av kablar till stålstrukturer som ej är lämpliga att svetsa i, till exempel för signalöverföring i järnvägsräls, katodiskt skydd på pipelines, och jordningar.
Kallödning
Så kallad kallödning uppstår när de delar som ska hopfogas inte har uppnått smältintervallets övre temperaturgräns. Lodet väter då inte grundmaterialet ordentligt. Ytan på lodet blir matt, kristallin och skrovlig. Det elektriska övergångsmotståndet blir högt. I lågnivåkretsar ger kallödning upphov till brus och knaster. Om endera legeringskomponenten har gått i övermättad lösning i någon av de andra komponenterna, kan en plötslig utfällning av kristaller av endera legeringskomponenten initieras av att de delar som ska sammanfogas rört sig under stelningstiden.
Det kan vid kallödning även inträffa att fogen endast vid en del av fogytorna vätit tillfredsställande, men inte alls vid andra delar inom fogen. Då kan en elektrisk förbindning till en början tyckas fungera, men efter en tid brister även den goda delen av lödningen, som ett resultat av vibrationer eller dimensionsförändringar orsakade av temperaturväxlingar. En annan felmekanism kan vara att den normala strömmen i förbindningen överskrider vad den reducerade arean i en kallödning klarar av. Lödningen kommer då istället mest att likna en säkring som smälter av, vilket bryter den elektriska kretsen.
Miljökonsekvenser
Inom Europeiska unionen finns ett förbud, det så kallade RoHS-direktivet, mot att använda bland annat bly på grund av dess giftighet. Detta innebär att i praktiken all lödning med lödtenn innehållande bly idag håller på att fasas ut och ersättas med blyfria alternativ.
I Sverige råder generellt importförbud för kadmium, men dispens kan ges för speciella ändamål, när mindre miljöfarliga alternativ saknas.
Se även
Noter
- ^ [a b] Carlquist, Gunnar, red (1937). Svensk uppslagsbok. Bd 17. Malmö: Svensk Uppslagsbok AB. sid. 1057
