Λύσεις στις 16 ερωτήσεις του κεφαλαίου 4: τον ορισμό της μαλακής ετερογενούς συγκόλλησης, τη διάκριση βαρέων/ελαφρών μετάλλων, τη σύνθεση και τα τεχνικά χαρακτηριστικά των κασσιτεροκολλήσεων (ρόλος αντιμονίου, καδμίου, αργύρου, όριο μολύβδου 10% για τρόφιμα, ειδικές συνθέσεις όπως η S-Sn95Sb5 για σωλήνες ψυγείων), τα όξινα και ουδέτερα υλικά χημικού καθαρισμού (σπίρτο του άλατος, νισαντήρι, κολοφώνιο) και τα εργαλεία των μαλακών συγκολλήσεων (κολλητήρια με κεφαλή από χαλκό), καθώς και τρεις ερωτήσεις κρίσεως που εφαρμόζουν τη θεωρία σε πρακτικά σενάρια επιλογής κατάλληλης κόλλησης και καθαριστικού υλικού.
Ερώτηση: Τι εννοούμε με τον όρο μαλακή ετερογενής συγκόλληση;
Απάντηση:
Σύνοψη: Μαλακή ετερογενής συγκόλληση ονομάζεται η ετερογενής συγκόλληση στην οποία το συγκολλητικό υλικό (η κόλληση) που χρησιμοποιείται τήκεται σε θερμοκρασία κάτω των 500°C (συνήθως στους 200-300°C). Όπως σε κάθε ετερογενή συγκόλληση, χρησιμοποιείται υλικό (κόλληση) διαφορετικής χημικής σύνθεσης και χαμηλότερης θερμοκρασίας τήξης από τα προς συγκόλληση μεταλλικά τεμάχια, με τη θερμοκρασία τήξης της κόλλησης να παραμένει κάτω από το όριο των 500°C· πάνω από αυτό το όριο (500-1100°C) η συγκόλληση χαρακτηρίζεται σκληρή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια μέταλλα ονομάζουμε βαρέα και ποια ελαφρά;
Απάντηση:
Σύνοψη: Βαρέα μέταλλα ονομάζονται όσα έχουν ειδικό βάρος μεγαλύτερο των 5 g/cm³ (π.χ. σίδηρος, μπρούντζος, ορείχαλκος), ενώ ελαφρά μέταλλα ονομάζονται όσα έχουν ειδικό βάρος μικρότερο των 5 g/cm³ (π.χ. αλουμίνιο, μαγνήσιο).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια είναι τα μέταλλα που συνθέτουν τις συνήθεις μαλακές κολλήσεις;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι συνήθεις μαλακές κολλήσεις βαρέων μετάλλων είναι κασσιτεροκολλήσεις, δηλαδή κράμα κασσιτέρου (Sn) και μολύβδου (Pb) σε διάφορες αναλογίες· στις περισσότερες περιπτώσεις περιέχεται επιπλέον μικρή ποσότητα αντιμονίου (Sb, 0,5%-3,3%), που αυξάνει τη σκληρότητα και την αντοχή της κόλλησης. Σε ειδικές συνθέσεις μπορεί να περιέχονται επίσης κάδμιο (Cd), άργυρος (Ag) ή βισμούθιο (Bi), ανάλογα με τις ιδιότητες που θέλουμε να έχει η κόλληση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιος ο σκοπός της προσθήκης αντιμονίου στη σύνθεση των κασσιτεροκολλήσεων;
Απάντηση:
Σύνοψη: Η προσθήκη αντιμονίου (Sb, σε ποσοστό 0,5%-3,3%) στη σύνθεση των κασσιτεροκολλήσεων γίνεται για να αυξηθεί η σκληρότητα και η αντοχή της κόλλησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί δε χρησιμοποιείται κόλληση με περιεκτικότητα σε μόλυβδο πάνω από 10% σε σκεύη τροφών ή πόσιμου νερού;
Απάντηση:
Σύνοψη: Διότι οι ενώσεις του μολύβδου είναι δηλητηριώδεις (τοξικές)· αν η κόλληση περιέχει πάνω από 10% μόλυβδο, υπάρχει κίνδυνος μετάδοσης τοξικών ενώσεων μολύβδου στα τρόφιμα ή στο πόσιμο νερό που έρχονται σε επαφή με τη συγκολλημένη επιφάνεια, θέτοντας σε κίνδυνο την υγεία των καταναλωτών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια μέτρα πρέπει να παίρνονται σε χώρους που γίνονται συγκολλήσεις με χρήση κόλλησης που περιέχει στη σύνθεσή της κάδμιο;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι χώροι στους οποίους γίνονται συγκολλήσεις με κόλληση που περιέχει κάδμιο πρέπει να εξαερίζονται πολύ καλά, γιατί το κάδμιο, όταν λιώνει κατά τη συγκόλληση, αποδεσμεύει δηλητηριώδεις ατμούς που βλάπτουν σοβαρά την υγεία των εργαζομένων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις επιβάλλεται η χρήση κόλλησης S-Sn95Sb5 (95% κασσίτερο και 5% αντιμόνιο) και σε ποιες S-Sn95Pb5 (95% κασσίτερο και 5% μόλυβδο);
Απάντηση:
Σύνοψη: Η κόλληση S-Sn95Sb5 (95% κασσίτερο, 5% αντιμόνιο) επιβάλλεται σε περιπτώσεις όπου η συγκόλληση θα υποστεί μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας και πίεσης, όπως στις συγκολλήσεις σωλήνων ψυγείων (όπου άλλα τμήματα έχουν πολύ υψηλές και άλλα πολύ χαμηλές θερμοκρασίες/πιέσεις), γιατί έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αυτές τις συνθήκες. Η κόλληση S-Sn95Pb5 (95% κασσίτερο, 5% μόλυβδο) χρησιμοποιείται σε πιο συνήθεις, γενικές εφαρμογές, όπου δεν απαιτούνται τόσο ακραίες αντοχές σε θερμοκρασία και πίεση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες ιδιότητες προσδίδει στην κασσιτεροκόλληση η προσθήκη καδμίου ή αργύρου;
Απάντηση:
Σύνοψη: Η προσθήκη καδμίου ή αργύρου στη σύνθεση των κασσιτεροκολλήσεων αυξάνει τη σκληρότητά τους· ειδικά στην περίπτωση του καδμίου, ελαττώνεται συνήθως και το σημείο τήξης της κόλλησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι το σπίρτο του άλατος, το σβησμένο σπίρτο του άλατος και το νισαντήρι;
Απάντηση:
Σύνοψη: Το σπίρτο του άλατος είναι όξινο υλικό καθαρισμού που παρασκευάζεται με βάση το υδροχλωρικό οξύ και τα άλατά του, κυρίως τον χλωριούχο ψευδάργυρο. Το σβησμένο σπίρτο του άλατος είναι ο χλωριούχος ψευδάργυρος (ZnCl2) διαλυμένος σε νερό, κατάλληλος για συγκολλήσεις με θερμοκρασία άνω των 260°C (αν προστεθεί και χλωριούχο αμμώνιο, το προκύπτον καθαριστικό χρησιμοποιείται σε όλες τις κασσιτεροκολλήσεις από 180°C και άνω). Το νισαντήρι είναι το χλωριούχο αμμώνιο (NH4Cl) σε στερεά μορφή, που χρησιμοποιείται κυρίως για τον χημικό καθαρισμό της μύτης του κολλητηριού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί ο χημικός καθαρισμός των προς συγκόλληση επιφανειών είναι απαραίτητος;
Απάντηση:
Σύνοψη: Ο χημικός καθαρισμός είναι απαραίτητος γιατί, όσο καλά κι αν καθαριστεί μια μεταλλική επιφάνεια με μηχανικά μέσα (π.χ. λειαντικό τροχό), πάντα απομένουν στην επιφάνεια οξείδια που εμποδίζουν τη συγκόλληση ή οδηγούν σε συγκόλληση κακής ποιότητας· τα χημικά υλικά καθαρισμού (αντιοξειδωτικά) διαλύουν τα οξείδια, εξασφαλίζοντας καλή διείσδυση της κόλλησης και άρα συγκόλληση καλής ποιότητας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί τα καθαριστικά υλικά υπό μορφή πάστας έχουν καλύτερα αποτελέσματα;
Απάντηση:
Σύνοψη: Τα καθαριστικά υλικά σε μορφή πάστας (ή λίπους) δίνουν καλύτερα αποτελέσματα καθαρισμού γιατί επιτρέπουν καλύτερη επάλειψη πάνω στις προς συγκόλληση επιφάνειες, ακριβώς στη θέση της συγκόλλησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιο πλεονέκτημα παρουσιάζουν τα ουδέτερα υλικά χημικού καθαρισμού;
Απάντηση:
Σύνοψη: Το βασικό πλεονέκτημα των ουδέτερων υλικών χημικού καθαρισμού (με βάση το κολοφώνιο) είναι ότι δεν είναι διαβρωτικά και δεν καταστρέφουν τις μονώσεις, γι' αυτό χρησιμοποιούνται κυρίως σε συγκολλήσεις γαλβανισμένων επιφανειών και σε συγκολλήσεις ακροδεκτών σε καλώδια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί οι κεφαλές των κολλητηριών μαλακών συγκολλήσεων κατασκευάζονται από χαλκό;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι κεφαλές των κολλητηριών κατασκευάζονται από χαλκό γιατί ο χαλκός έχει μεγάλο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας και μεγάλη θερμοχωρητικότητα, δηλαδή αποθηκεύει μεγάλο ποσό θερμότητας κατά τη θέρμανσή του και το μεταφέρει στη συνέχεια στις προς συγκόλληση επιφάνειες και στην κόλληση, ώστε να πραγματοποιηθεί η συγκόλληση· όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα της κεφαλής, τόσο περισσότερη θερμότητα αποθηκεύει και τόσο περισσότερες κολλήσεις μπορεί να πραγματοποιήσει.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Υποθέστε ότι εκτελούσατε μια εργασία κατασκευής δοχείων για αποθήκευση ελαιόλαδου (ντεπόζιτα) με κόλληση S-Sn95Pb5 και σας τέλειωνε η κόλληση που χρησιμοποιούσατε. Διαπιστώσατε ότι η τοπική αγορά δε διαθέτει αυτό τον τύπο κασσιτεροκόλλησης. Ποια από τις παρακάτω κασσιτεροκολλήσεις που υπάρχουν στην τοπική αγορά θα επιλέγατε και γιατί; S-Pb92Sn8Sb, S-Sn60Pb37Sb(E), S-Sn90Pb9Sb
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα δοχεία αποθήκευσης ελαιολάδου έρχονται σε άμεση επαφή με τρόφιμα, όπως και το δοχείο για το οποίο χρησιμοποιούνταν η αρχική κόλληση S-Sn95Pb5 (μόλυβδος μόλις 5%, άρα κάτω από το επιτρεπτό όριο του 10%). Από τις τρεις διαθέσιμες επιλογές, θα επέλεγα την S-Sn90Pb9Sb, γιατί περιέχει μόλυβδο μόνο σε ποσοστό 9% (κάτω από το όριο του 10%) και ο πίνακας του κεφαλαίου την αναφέρει ρητά ως κόλληση κατάλληλη για αντικείμενα που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα. Οι άλλες δύο αποκλείονται: η S-Pb92Sn8Sb έχει μόλυβδο 92% (πολύ πάνω από το επιτρεπτό όριο, άρα επικίνδυνη για τρόφιμα και προορίζεται για εργασίες φανοποιίας), ενώ η S-Sn60Pb37Sb(E) έχει μόλυβδο 37% (επίσης πάνω από το όριο) και προορίζεται ειδικά για ηλεκτρονικές/ηλεκτρολογικές εφαρμογές, όχι για επαφή με τρόφιμα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Για την επισκευή διαρροής σε ψυγείο αυτοκινήτου, ποια σύνθεση κασσιτεροκόλλησης θα προτιμούσατε και γιατί;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Θα προτιμούσα την κόλληση S-Sn95Sb5 (95% κασσίτερο, 5% αντιμόνιο). Το ψυγείο αυτοκινήτου, όπως και τα ψυγεία που αναφέρει ρητά το βιβλίο, παρουσιάζει έντονες διακυμάνσεις θερμοκρασίας και πίεσης ανάμεσα σε διαφορετικά σημεία του κυκλώματος ψύξης (πολύ υψηλές θερμοκρασίες/πιέσεις σε ορισμένους σωλήνες, πολύ χαμηλές σε άλλους) και υπόκειται σε δονήσεις κατά τη λειτουργία του οχήματος. Η S-Sn95Sb5 έχει μεγαλύτερη αντοχή σε αυτές τις ακραίες και μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας/πίεσης σε σχέση με την αντίστοιχη κόλληση με μόλυβδο (S-Sn95Pb5), άρα εξασφαλίζει πιο αξιόπιστη και ανθεκτική επισκευή της διαρροής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Στην κατασκευή δοχείων από γαλβανισμένη λαμαρίνα τι είδους καθαριστικό υλικό θα χρησιμοποιούσατε και γιατί;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Θα χρησιμοποιούσα ουδέτερο υλικό καθαρισμού με βάση το κολοφώνιο, γιατί το βιβλίο αναφέρει ρητά ότι τα ουδέτερα καθαριστικά χρησιμοποιούνται κυρίως σε συγκόλληση γαλβανισμένων επιφανειών, ακριβώς επειδή δεν είναι διαβρωτικά. Ένα όξινο καθαριστικό (π.χ. σπίρτο του άλατος) θα προσέβαλλε χημικά το επίστρωμα ψευδαργύρου (γαλβάνισμα) που προστατεύει τη λαμαρίνα από τη διάβρωση, καταστρέφοντάς το τοπικά γύρω από τη συγκόλληση και εκθέτοντας το χαλύβδινο υπόστρωμα σε σκουριά· το ουδέτερο καθαριστικό καθαρίζει επαρκώς τις επιφάνειες χωρίς να βλάπτει το προστατευτικό γαλβάνισμα.
Κριτήρια αξιολόγησης: