Sert lehim, ergime derecesi (Tm) 450 0C’nin üzerinde ve ana metallerin ergime derecesinin altında olan bir ilave metalin eritildiği ve birleştirilecek parçaların temas eden yüzeyleri arasında kapiler etkiyle dağıldığı birleştirme yöntemidir [63].
Esas parçaların birleşecek yüzeyleri arasındaki açıklığın, erimiş dolgu metalinin akmasını engellemeyecek derecede geniş, ancak kapiler etkinin zayıflamasına neden olmayacak derecede de dar olması gerekir.
32
Dayanımın en yüksek değere ulaştığı bir açıklık değeri vardır. Bu açıklık, esas metale, ilave metale, bağlantı şekline ve işlem koşullarına bağlıdır. Tipik sert lehimleme açıklıkları 0,001 – 0,10 mm arasındadır [64].
Şekil 4.2. Kapiler basıncın boşlukla değişimi [64]
Şekil 4.3. Bağlantı açıklığının fonksiyonu olarak bağlantı dayanımı
Kapiler etki ya da kapilerite ise kısaca; bir sıvı ile başka bir maddenin moleküler seviyedeki çekiminin, sıvının kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli olması sonucunda meydana gelir. Bu etki sıvının dik bir yüzeye dokunduğu kısımda sıvı yüzeyinin meniskus denilen içbükey bir hal almasına sebep olur.
33
Kılcallığı gözlemlemek için en çok kullanılan deney düzeneği kılcal borulardır. Cam bir borunun, dikey vaziyette, su gibi bir sıvının içine batırılması sonucunda konkav bir meniskus oluşur. Yüzey gerilimi, sıvı kolonunu, yer çekimi ile moleküller arası kuvvetler dengeye gelene kadar yukarı çeker. Sıvı kolonunun ağırlığı borunun yarıçapının karesiyle, sıvı ve boru arasındaki temas uzaklığı borunun yarıçapıyla orantılı olduğundan dar bir boru sıvıyı geniş bir borudan daha yukarı taşır [64].
Şekil 4.4. Silindirik bir boruda çapın azalmasıyla kapileritenin değişimi
SI birim sistemi dikkate alınarak, sıvı kolonunun yüksekliği ‘h’ şu formülle bulunur [65]. Burada: - γ sıvı yüzey gerilimini (J/m2 ya da N/m) - θ temas acısını - ρ sıvının yoğunluğunu (kg/m3) - g yer çekimi ivmesini (m/s2) - r tüpün yarıçapını (m), ifade eder.
Dikey aralıklar için;
formülü geçerlidir.
34
Burada;
- b aralık genişliği,
- Ɩ aralık uzunluğu, buna bindirme de denir, - H sıvı lehimin yüzey gerilimi (dyn/cm) - g yerçekimi ivmesi (cm/sn2)
- p ergimiş lehimin yoğunluğu (gr/cm2), ifade eder.
Buradan, Ɩ aralık uzunluğunun en büyük değeri için aralığın mümkün olduğu kadar dar tutulmasının gerektiği sonucu çıkmaktadır. Bununla birlikte lehim aralığının daraltılmasının da alt sınırı vardır. Önce bu konuda, daraltma işlemi ile ilgili işletme maliyeti söz konusudur. Ayrıca lehimin aralığı doldurması genellikle bir dekapan yardımıyla olduğundan, lehimin yüzey geriliminden az bir gerilime sahip dekapan, aralıkta bulunan oksit tabakasını çözmek zorundadır. Bu da, deneysel olarak belirlendiği gibi, iyi bir dekapanda 0.01 mm mertebesinde bir tabakayı gerektirir ki dekapan tabakası olarak bunun iki katını, yani en az 0.02 mm'yi gerektirir. Oksitleri çözmekle dekapanın kimyasal bileşimi değişir ve akmakta olan lehim tarafından artık eski kolaylığı ile önden sürülmez. Şöyle ki çok dar lehim aralıklarında, hapis kalan dekapan, lehim kusurlarına yol açar. Lehimin dekapansız olarak koruyucu gaz altında yapılması halinde bu hata ihtimali ortadan kalkmış olur. Bu takdirde lehim aralığı, dekapanlı lehimlemedekinden daha dar olabilir [66].
35
Sert lehimlemenin kaynağa göre üstünlükleri ise; farklı metaller dahil, herhangi bir metalin birleştirilebilmesi, yüksek imalat hızlarına izin veren, çabuk ve aynı özelliklere sahip şekilde gerçekleştirilebilmesi, çoklu bağlantıların aynı anda sert lehimlenebilmesi, genel olarak eritme kaynağına göre daha düşük ısı ve güç gerektirmesi, bağlantıya bitişik esas metaldeki ITAB’daki problemlerin daha az oluşu, kapiler etki erimiş metali bağlantının içine çektiğinden, çoğu kaynak yöntemiyle ulaşılamayan bağlantı bölgelerinin birleştirilebilmesi olarak söylenebilir.
Eğer bağlantı uygun şekilde tasarlanmış ve sert lehimleme işlemi uygun şekilde uygulanmışsa, katılaşmış bağlantı, kullanılan küçük parça aralıkları ve esas ile ilave metaller arasında oluşan metalürjik bağ sebebiyle, oluşturulduğu ilave metalin dayanımından daha dayanıklı olacaktır [67].
Sert lehimlemenin zayıflıkları ve sınırlamaları ise; bağlantı dayanımının kaynaklı bağlantıdan genellikle daha düşük olması, bağlantı dayanımının, esas metalinkinden daha düşük olma eğiliminde olması, yüksek servis sıcaklıklarının sert lehimli bağlantıyı zayıflatabilmesi ve muhtemel bir estetik zayıflık olarak, sert lehimli metalin renginin, esas metal parçaların rengiyle uyumlu olamayabilmesi şeklinde söylenebilir.
Sert lehimlemede bağlantı tipi olarak alın ve bindirme bağlantılar yaygındır, ancak geometri genellikle sert lehimlemeye uydurulur. Parçalar arasında geniş arayüzey sağladığından dolayı, bindirme bağlantılar en yaygın kullanılanlardır. Sert lehimlenmiş bir bağlantıda ilave metal, esas metale sadece uçlardan değil tüm yüzey boyunca birleşir.
36
Şekil 4.6. (a) Konvansiyonel alın bağlantı ve alın bağlantının sert lehimlemeye uydurulması, (b) eğik yüzeyli bağlantı, (c) kademeli alın bağlantı, (d) parçanın bağlantı bölgesindeki kesiti arttırılmış
Sert lehim alaşımından beklenen özellikler ise; erime sıcaklığının esas metalinkinden oldukça düşük olması, iyi ıslatabilirlik için sıvı fazdayken yüzey geriliminin düşük olması, arayüzeye iyi nüfuziyet için yüksek akıcılık göstermesi, sert lehimli bağlantının uygulamada kullanıma yeterli dayanıma sahip bir bağlantı oluşturma kapasitesine sahip olması, esas metalle kimyasal veya fiziksel etkileşim göstermemesi (örneğin galvanik reaksiyon) olarak sayılabilir.
Sert lehim dekapanları, kaynaktakine benzer amaçla, çözünürler ve uzaklaştırılmadıklarında sert lehimleme işlemini engelleyen oksitlerle ve istenmeyen diğer yan ürünlerle birleşirler. Bu yüzden iyi bir dekapan, düşük erime sıcaklığına sahip olmalı, ıslatmayı arttırmalı, ilave metalle yer değiştirebilmesi için düşük viskoziteye sahip olmalı ve ilave metal katılaşıncaya kadar bağlantıyı koruyabilmelidir.
37
Şekil 4.7. Dekapanın sıcaklık artışıyla davranışı [67]