Liquidus vs. Solidus
Lyhyesti sanottuna, liquidus on alin lämpötila, jossa metalliseos on täysin nestemäinen; solidus on korkein lämpötila, jossa metalliseos on täysin kiinteä.

Puhtaat metallit ovat nestemäisiä, ja ne sulavat yhdessä lämpötilassa. Esimerkiksi hopea sulaa 961 °C:ssa (1761°F) ja kupari 1083 °C:ssa (1981°F). Seoksilla, jotka sisältävät vaihtelevia prosenttiosuuksia hopeaa ja kuparia, ei kuitenkaan ole yhtä sulamislämpötilaa, vaan sulamislämpötila-alue. Koska useimmat juotoslisäaineet ovat seoksia, olet tekemisissä sulamislämpötila-alueiden kanssa, kun valitset materiaaleja.

Poikkeuksena on seosten luokka, jota kutsutaan eutektisiksi. Vaikka nämä eivät ole puhtaita metalleja, niillä on yksi sulamispiste, koska sulamispiste eli solidus ja virumispiste eli liquidus ovat samat. Esimerkiksi Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 sulaa ja virtaa 780 °C:n (1435 °F) lämpötilassa.

Bratsausnäkökohtia
Kuvassa 1 on faasidiagrammi hopea-kupari-binaarisysteemille. Huomaa, että 72 % hopeaa, 28 % kuparia -koostumuksessa liquidus- ja soliduslämpötilat ovat samat. Tämän eutektisen koostumuksen vasemmalla tai oikealla puolella olevat seokset eivät muutu suoraan kiinteästä nesteeksi, vaan ne kulkevat ”mössöisen” alueen läpi, jossa seos on kiinteän ja nestemäisen yhdistelmä.

Kuva 1: Hopea-kupari-ekvillibriumdiagrammi

Solidus- ja liquiduslämpötilojen välissä oleva lämpötila on sulamisalue. Kun lämpötila nousee solidustilasta siirtyen kohti liquidustilaa, sulaminen ja virtaus lisääntyvät. Tästä johtuva hidas virtaus voi aiheuttaa haasteita kapillaarisuudelle juotosliitoksissa.

Täytemetalleissa, joilla on laaja sulamisalue, voi esiintyä jonkin verran kiinteän ja nestemäisen faasin erottumista. Tätä kutsutaan nesteytykseksi: täyteaineen alempien ainesosien osittainen sulaminen, joka puolestaan jättää korkeammin sulavan aineen kuoren, jota kutsutaan kalloksi. Katso kuva 2.

Kuva 2: AWS BAg-1- ja AWS BAg-2 -lisäainemetallien nesteytys. (A) AWS BAg-1:n hitaan kuumentamisen seurauksena uunissa ei tapahdu nesteytymistä täyteaineilla, joiden sulamisalue on kapea, 11 °C (20 °F). (B) Kun AWS BAg-2:ta kuumennetaan hitaasti uunissa, uuniin jää suuri kallo, joka johtuu laajan, 39 °C:n (70 °F) sulamisalueen aiheuttamasta nesteytymisestä. (C) AWS BAg-2:n nopean kuumentamisen seurauksena jäljelle jää pieni kallo.

Likvatoitumista tapahtuu tavallisesti hitaan kuumentamisen aikana seoksen sulamisalueen läpi. Likvatoituminen voi vaikuttaa juotosliitoksen eheyteen aiheuttamalla mahdollisesti onteloita tai puutteellista kiinnittymistä perusmateriaaleihin. Katso kuva 3.

Kuva 3: AWS BCuP-5, jota käytetään osien juottamiseen kahden tunnin uunilämmitysjaksolla. Juotosliitoksessa näkyy merkkejä Cu-rikkaasta (korkeammin sulavasta aineosasta) alueesta vasemmalla ylhäällä sekä oikealla alhaalla tyhjiö – todennäköisesti nesteytymisen seurausta.

Juotoksissa osan perusmetallia ei saa koskaan sulattaa. Siksi on tärkeää valita hitsauslisäaine, jonka liquiduslämpötila on alhaisempi kuin molempien liitettävien perusmetallien soliduslämpötila. Useita muita tekijöitä on otettava huomioon ennen juottamista – esimerkkejä on lueteltu seuraavassa.

Esimerkkejä
1. Juotetaan kokoonpano, jossa on kapea välys: Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 on kadmiumiton seos, joka alkaa sulaa 620 °C:ssa (1145°F) ja virtaa vapaasti 650 °C:ssa (1205°F). Sen sulamisalue on 60°F (15°C).

2. Kokoonpanon juottaminen laajalla välyksellä (yli 0,005″/0,127mm): Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 alkaa sulaa 648 °C:ssa (1200°F) ja on täysin sulaa vasta 720 °C:ssa (1330°F). Seoksia, joilla on laaja sulamis/juoksemisalue, pidetään plastisina ja ne ovat käyttökelpoisia huonosti istuvissa olosuhteissa.

3. Kokoonpanon ”asteittainen juottaminen”: Kun juotetaan aiemmin juotetun liitoksen läheisyydessä, toinen juotto ei saa häiritä ensimmäistä liitosta. Ratkaisu on käyttää useampaa kuin yhtä täytemetallityyppiä – täytemetallia, jonka liquiduslämpötila on alhaisempi toisessa liitoksessa kuin ensimmäisessä liitoksessa käytetyn täytemetallin. Esimerkkinä ruostumattomasta teräksestä valmistetussa kokoonpanossa, joka juotetaan vaiheittain, voitaisiin käyttää ensimmäiseen liitokseen Silvaloy 630:tä, joka sulaa ja virtaa välillä 1275°F-1475°F (690°C-801°C), ja sitten toiseen liitokseen Silvaloy 560:tä (1143°F-1205°F/618°C-651°C).

4. Kokoonpanot, jotka on lämpökäsiteltävä: (Vaihtoehto 1) lämpökäsitellään ja sitten juotetaan – valitaan täyteaine, jonka liquiduslämpötila on alhaisempi kuin lämpökäsittelylämpötila, jotta juottaminen ei vaikuta haitallisesti kovuuteen, tai (Vaihtoehto 2) lämpökäsitellään ja juotetaan samanaikaisesti – käytetään täyteainetta, jonka liquiduslämpötila vastaa läheisesti lämpökäsittelylämpötiloja. Koska eri perusmateriaalien lämpökäsittelyolosuhteet ovat monimutkaisia, ota yhteyttä Lucas Milhauptin tekniseen palveluun saadaksesi yksityiskohtaisia tietoja erityissovelluksestasi.

YHTEENVETO:
Liquidus on alin lämpötila, jossa seos on täysin nestemäinen; solidus on korkein lämpötila, jossa seos on täysin kiinteä. Kun valitaan täyteainetta juottosovelluksiin, on tärkeää ottaa huomioon sulamiskäyttäytyminen – erityisesti liquiduslämpötila.