Lehimleme

Lehimleme iki ya da daha fazla sayıda metal parçanın, görece düşük erime sıcaklığına sahip bir dolgu metali eritilip bağlantı yerine akıtılarak, tutturulması işlemidir.
Uygulama alanları
En yaygın lehimleme uygulaması baskı devrelerdeki (PCB) elektronik bileşenlerin montajıdır. Sıhhi tesisat sistemlerindeki bakır boruların bağlanmasında da lehim kullanılır. Konserve tenekeleri gibi sac metallerdeki bağlantılar, çatı izolasyonu ve yağmur dereleme olukları ve araba radyatörleri de geçmişte geleneksel olarak lehimlendiği gibi günümüzde de kısmen lehimlenmektedir. Mücevher parçalarının bağlanması ve tamirinde, küçük mekanik parçaların tutturulmasında da genellikle lehim kullanılır. Cam vitray yapımı da bir başka uygulama alanıdır.
Kullanılan malzeme ve araçlar
Lehim
Lehimleme dolgu malzemesi olarak farklı uygulamalar için çeşitli alaşımlar kullanılır. Örneğin elektronik devre montajında 63% kalay ve 37% kurşun, ötektik alaşımı (ya da performansı ötektik olana çok yakın 60/40) tercih edilir.
Ötektik malzeme bir sıcaklık aralığında değil belli bir sabit 'nokta'da erir ve esnek hal (plastik faz) geçirmediği için lehimlemede çeşitli üstünlükleri vardır. Ötektik olmayan bir alaşımda ise soğuma sırasında esnek haldeyken çok küçük kıpırdamalar bile lehimde çatlaklara ve dolayısıyla güvensiz bağlantılara yol açar. Ayrıca ötektik alaşım mümkün en düşük erime noktasına sahip olduğu için lehimleme sırasında parçalardaki gerilim en düşük düzeydedir.
En yaygın lehim alaşımları kalay/kurşun karışımlarıdır:
63/37: erime noktası 183 C (361.4 F) (ötektik)
60/40: erime aralığı 183190 C (361374 F)
50/50: erime aralığı 185215 C (365419 F)
Çocukların temas edebileceği yerlerde, içme suyu tesisatlarında ya da yağmur suyunun toprağa karıştığı açık hava uygulamalarında kurşunsuz lehimler önerilir. En tipik kurşunsuz lehim alaşımları kalay/gümüş, kalay/bakır, gümüş, bakır/fosfor olup bileşimlerine bağlı olarak 250 C (482 F) civarında erirler. Özel uygulamaların gereksinimlerini karşılamak için kullanıldıkları gibi, çevresel kaygılarla da kurşunsuz lehimler giderek yaygınlaşmaktadır.
Pasta
Lehim ve kaynak gibi yüksek ısılı bağlama işlemlerinde pasta (dekupan) kullanmanın amacı parçaların ve dolgu malzemesinin oksidasyonunu önlemektir. Örneğin kalay-kurşun lehimi bakırı çok iyi bağlarken, lehimleme sıcaklıklarında kolayca oluşan çeşitli bakır oksitler üzerinde çok zayıftır. Oda sıcaklığında etkisiz bir madde olan pasta, yüksek sıcaklıklarda güçlü bir indirgeyici durumuna geçerek metal oksitlerin oluşumunu önler. İkincisi, pasta bir yüzey aktif madde olarak lehimin yüzey gerilimini düşürerek bağlanacak parçalarla daha iyi bütünleşmesini sağlar.
Araç ve ekipman
Lehimleme işlemi el aletleriyle teker teker ya da bir üretim bandında ve genellikle otomatik makinalarla seri olarak yapılabilir. El lehiminde genellikle bir havya ya da lehim tabancası, bazen de sıcak-hava üfleci kullanılır. Bunun yanında iyi bir lehim ve oksiti engellemek için lehim pastası da kullanılır.
Lehim tekniği
Kaynak tekniği ile karşılaştırma
Metal parçaları kalıcı olarak birleştirmek için esas metallerin eritildiği kaynaktan farklı olarak, lehimlemede ilave dolgu metaller (lehim) eritilir. Genelde, kaynaklanmış bağlantıların dayanımı lehimlenmiş olanlardan yüksektir. Eritme kaynağı yerine sert veya yumuşak lehimleme şu durumlarda tercih edilir:
Metallerin kaynak kabiliyeti kötüdür;
Farklı metaller birleştirilmektedir;
Yoğun kaynak ısısı, birleştirilen parçalara zarar verebilecektir;
Bağlantının geometrisi kaynağa izin vermemektedir;
Yüksek dayanım gerekli değildir.
Kaynağa kıyasla sert lehimlemenin üstünlükleri şunlardır:
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 ısıve güç gerekir;
Bağlantıya bitişik esas metaldeki ITABdaki problemler daha azdır;
Kapiler etki erimiş metali bağlantının içine çektiğinden, çoğu kaynak yöntemiyle ulaşılamayan bağlantı bölgeleri sert lehimlenebilir;
Ekipman, malzeme, işçilik maliyetleri toplamı daha düşüktür.
Öte yandan, 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.
Sert ve yumuşak lehim
Sert (ya da gümüş) lehim genellikle 450 C ve üstü sıcaklıkta, bu sıcaklığa uygun pasta ve lehim uygulanarak ve gene bu yüksek sıcaklıkları sağlayacak şu ısı kaynakları kullanılarak yapılır:
Üfleçle (alevle), propan ya da asetilen tabancası (şaloma) kullanılarak;
Fırında;
İndüksiyonla, parçada indüklenen yüksek frekanslı akıma karşı elektrik direnciyle ısıtarak;
Dirençle, parçalardan geçen elektrik akımına karşı dirençle ısıtarak;
Daldırmayla, erimiş tuz ya da metal banyosunda;
Infrared, yüksek yoğunluklu infrared lambalar kullanılarak.
Sert lehim yumuşak olana kıyasla daha dayanıklı ancak elektrik iletkenliği düşük bağlantılar sağlar. Otomotiv, elektrik ekipmanlar, kesici takımlar, mücevher yapımı, kimyasal işlem endüstrisi, boru (özellikle doğalgaz vb.) tesisat bağlantıları, tamir ve bakım işlerinde kullanılır.
Yumuşak lehim 450 C altında, genellikle 230-250 C sıcaklıkta, uygun pasta ve lehim kullanılarak yapılır ve bu sıcaklıklarda elektrikli havya (lehim tabancası) kullanmak genellikle yeterlidir. İletkenliği nedeniyle elektronik devrelerde, korozyona yol açmaması nedeniyle bakır boru bağlantılarında özellikle tercih edilir.
Üstünlükleri: Sert lehimleme veya eritme kaynağına göre daha düşük enerji girdisi gereksinir, değişik ısıtma yöntemleri mevcuttur, bağlantıda iyi elektrik ve ısıl iletkenlik sağlar, tamiri ve yeniden yapılması kolaydır.
Zayıflıkları: Mekanik yöntemlerle takviye edilmedikçe düşük bağlantı dayanımı vardır, yüksek sıcaklıklarda bağlantının muhtemel zayıflaması veya erimesi.
Yumuşak lehim için kullanılan ısı kaynakları, daha az ısı ve daha düşük sıcaklık gerekmesi hariç, sert lehimleme ile çoğunlukla aynıdır. Bunlara ek olarak, dalgalı (baskı devresi kartlarında çoklu kurşun tellerin lehimlenmesinde) ve geri akışlı (baskı devre kartları üzerindeki yüzey ağız bileşenlerinde) yöntemlerle ve elle, havya kullanarak da uygulanır.
Elektronik bileşenlerin montajı
Elle lehim yaparken lehim malzemesi havya ucuna değil ucun çok yakınına uygulanmalıdır. Buna ısı köprüsü oluşturmak denir ve ısıya duyarlı bileşenleri korur. Isı köprüsü aynı zamanda, havyada daha yüksek ısı kullanmak anlamına da gelir. Tüm metal yüzeyler düzgün pastalanmamışsa ve/veya lehim malzemesinin erime noktasına dek ısıtılmamışlarsa, lehim kendi sıcaklığından daha soğuk bir yüzeye akarak zayıf ve istenmeyen bir 'soğuk bağlantı' oluşturur.
Boru lehimleme
Bakırın iletkenliği ve aynı zamanda ısı kapasitesi yüksek olduğu için, tesisat boruları ve bağlantıları gibi büyük bakır parçaların etkin lehimlenmesi görece çok daha fazla ısı gerektirir.
İçme suyu için kullanılan borular lehimlemeden sonra içlerinde pasta parçacıkları kalmayacak şekilde çok iyi yıkanarak temizlenmelidir.
Mekanik ve alüminyum lehimleme
Başta çinko alaşımları olmak üzere bazı lehim malzemeleri, alüminyum ve alüminyum alaşımlarını ve ender olarak da çelik ve çinko parçaları lehimlemekte kullanılırlar.
Cam vitray lehimi
Cam vitray yapımı, lehimin en eski uygulama alanlarından birisidir.
Lehimi çözmek
Lehimi çözmek için havya ile lehim üzeri ısıtılır ve lehim pompası ile çekilir.