Pájení hliníku – tavidlo, pájka, jak a čím správně pájet
Stejně jako jiné typy pájení umožňuje pájení hliníku spojovat součástky sestávající z pájených slitin a pájky. Bod tání pájky je nižší než bod tání pájeného materiálu. Pájecí materiál je umístěn mezi výrobky, které se mají pájet, ve formě destičky nebo perličky. Obrobky a pájka se zahřejí. Pájka se zpravidla taví při teplotách 580-62 СГС. Roztavený pájecí materiál se rozprostře a vyplní prostor mezi pájenými produkty. Potom se teplota v pracovním prostoru sníží a pájka po ochlazení a vytvrzení vytvoří šev mezi dvěma obrobky.
Při pájení hliníkových výrobků se specialisté potýkají s řadou problémů, bez jejichž řešení je velmi obtížné dosáhnout požadovaného výsledku. Zvažme faktory, které narušují zajištění vysoké kvality pájení.
Hliník je materiál s vysokými oxidačními vlastnostmi. Na povrchu výrobků se vytvoří vrstva oxidu hlinitého (A120). Tato chemická sloučenina se objevuje v důsledku kontaktu materiálu součásti, hliníku, se směsí plynů obsahujících kyslík, například se vzduchem. Charakteristickým rysem oxidu hlinitého je jeho vysoká tvrdost. Roztavený materiál pájky ve styku s vrstvou oxidu nepřichází do styku s materiálem obrobku. Proces pájení produktů neprobíhá plně, což vede k tvorbě defektů. Je proto velmi důležité tuto vrstvu před pájením odstranit a zabránit jejímu vzniku před dokončením taveniny a opětovným ztuhnutím přídavného materiálu. Vrstva oxidu se odstraňuje pomocí korozivního tavidla, kyseliny nebo hořčíku. Příprava povrchu může být provedena i mechanickým působením, např. pískováním.
Při pájení hliníkových výrobků je nutné velmi přesně regulovat a hlídat teplotu ohřevu. Koneckonců, rozsah teplot tání základního a přídavného kovu je velmi malý. Specialista musí přesně zvolit procesní teplotu a zajistit rovnoměrné rozložení tepla v částech klece.
Teplota, při které hliníkové slitiny přecházejí z kapaliny do pevné látky, určuje, zda je lze pájet. Tato teplota musí být vyšší než minimální teplota pájení pájky.
Teplota solidu materiálu obrobku tedy musí být vyšší než 600 °C. Proto mnoho hliníkových slitin s teplotou solidu kolem 570 °C nelze pájet. Je také nutné vzít v úvahu obsah hořčíku v pájené slitině. Pokud je obsah hořčíku ve slitině vyšší než 2 %, oxid vytvořený na povrchu součásti je příliš tvrdý, a proto se pájení tohoto produktu důrazně nedoporučuje.
Mezi materiály, které se doporučují pro zpracování, patří následující slitiny hliníku:
•Technický hliník s obsahem AI > 99 % (třídy jako AO, A5, A6, A8, A85, A995, A999 a podobně). Mechanické vlastnosti těchto slitin se mohou při pájení nevratně zhoršit
•Slitiny Silumin, Al-Mn, Al-Mg, Al-Si-Mg (třídy jako AL4, AL9, AK9, AK8M, AK12, AM4,5, AM5, AMgYu a podobně)
•Duralumin, Al-Cu, Al-Zn-Mg slitiny (jakosti jako AL11, ALZ, AL5, AL6, D16, D18, ADZZ, AD31E, AD35 a podobně)
Při pájení siluminu nebo duralu se doporučuje po dokončení procesu zajistit vysokou rychlost ochlazování a následně přirozené nebo umělé stárnutí.
Vysoký obsah hořčíku ve slitinách snižuje bod tání, ale snižuje sklon slitiny k pájení. Tyto třídy se nejčastěji používají při vakuovém pájení bez tavidla.
V současnosti se v průmyslu používá asi 4000 značek pájek. Jejich hlavní rozdíly mezi sebou jsou teploty tání a rozsah teplot likvidus-solidus. Při výběru pájky pro pájení hliníku a jeho slitin se řídí svou blízkostí k eutektiku hliník-křemík (tab. 1). To vám umožní pochopit bod tání pájecího materiálu.
Tabulka 1. Vztah mezi vlivem křemíku v pájce na bod solidus-liquidus
| Obsah Si, % | Solidus-liquidus, °С |
| 7,5 | 575 – 615 °C |
| 10 | 575 – 590 °C |
| 12 | 575 – 585 °C |
Alternativou k tomuto způsobu pájení je metoda pájení výrobků v prostředí ochranného plynu pomocí tavidla, jehož hlavním účelem je příprava povrchů zpracovávaných výrobků.
Proces pájení pomocí této metody se provádí podle následujícího principu:
-Na kontaktní plochu výrobku, který bude pájen, se nanese tenká vrstva tavidla – fluorohlinitan draselný.
– Pájka je umístěna mezi tavenými plochami
-Výrobky se zahřívají v prostředí ochranného plynu na teplotu 565-572°C, tavidlo se taví a interaguje s povrchem obrobku. Tavidlo je absolutně neutrální ve vztahu k pájecímu materiálu. Povrch výrobku je připraven pájecím materiálem a po dosažení požadované teploty jsou výrobky pájeny
Tato metoda je progresivnější než metoda popsaná výše, ale má řadu funkcí, bez kterých není možné zajistit požadovanou kvalitu pájení:
•Je nutná pečlivá příprava povrchu zpracovávaných výrobků. Vrstva oxidu hlinitého musí být odstraněna. V opačném případě bude oxid reagovat s tavidlem, což nakonec povede ke špatné kvalitě pájení.
•V pracovním prostoru zařízení při pájení je nutné zajistit úplnou nepřítomnost vzduchu nebo kyslíkových sloučenin. Jinak dojde ke korozi materiálu obrobku a samotné pájky.
•Jako ochranný plyn by měl být použit pouze dusík. Plyn musí být suchý a musí mít čistotu obsahu hlavního prvku nejméně 99,99 % objemových
Další metodou pájení je pájení výrobků ve vakuu. Například pomocí vakuové pece řady BA vyráběné francouzskou firmou Fours Industriels BMI (obr. 1).
Při provádění procesu pájení na tomto zařízení se také používá tavidlo.
Technologie pájení se skládá ze čtyř po sobě jdoucích fází:
Fáze I: příprava povrchu zpracovávaných výrobků tavidlem, umístění pájky a sestavení výrobku; dosažení požadované úrovně vakua a zahřátí produktu na teplotu 400°C. V této fázi procesu je nutné zajistit vysoký stupeň přesnosti a požadovanou rychlost ohřevu. Díky tomu dochází k částečné destrukci vrstvy oxidu hlinitého. K tomu dochází, protože oxid hliníku a slitina hliníku mají mírně odlišné stupně tepelné roztažnosti.
Fáze 2: když teplota dosáhne 560°C, materiál produktu, pájka a tavidlo zůstanou v pevném stavu
Fáze 3: tavidlo zahřáté na teplotu 565 °C se začne tavit a interagovat s materiálem obrobku. Sloučeniny oxidu hlinitého se při reakci s materiálem tavidla drolí
Fáze 4: pájka taje v rozmezí teplot 577^-600°C a reaguje s materiálem zpracovávaných výrobků. Po dokončení expozice se zpracované díly ochladí a vyjmou
Představené zařízení pro zpracování produktů ve vakuových podmínkách splňuje nejvyšší technologické požadavky a umožňuje vést přehlednou evidenci procesních parametrů a přesně regulovat teplotu ohřevu. Zpracování ve vakuu zajišťuje čistotu opracovávaného povrchu zpracovávaného produktu.
Podívali jsme se na tři způsoby pájení výrobků vyrobených z hliníku. Pojďme si shrnout nevýhody a výhody jednotlivých metod.
1. Způsob pájení hliníku v oxidační atmosféře: – nutnost dodatečné přípravy povrchu zpracovávaných výrobků; — přítomnost vzduchu v pracovním prostoru vytváří podmínky pro obnovu vrstvy oxidu v důsledku kontaktu plynné směsi s materiálem obrobku. To velmi ztěžuje zajištění slušné úrovně kvality pájení; — negativním faktorem je také procento obsahu křemíku a hořčíku v tavidlech i pájce – reagují a tvoří sloučeniny s kyslíkem. Nepřítomnost křemíku zvyšuje odolnost oxidu hlinitého a zabraňuje zlepšení kvality pájení. Hořčík zabraňuje tvorbě oxidu hlinitého. V jeho nepřítomnosti nic nebrání tvorbě vrstvy a jejímu nárůstu; — nízký stupeň opakovatelnosti výsledků pájení
2. Způsob pájení hliníku v ochranné atmosféře: – oproti metodě pájení v oxidační atmosféře – snížení míry působení kyslíku na materiál výrobků, tavidla a pájky; — povrchová úprava zpracovaných produktů se nevyžaduje; — je vyžadováno dodatečné tepelné zpracování; — potřeba a složitost zajištění vysoké rychlosti chlazení zpracovaných produktů; — průměrný stupeň opakovatelnosti výsledků pájení; — nemožnost použití konvekčního ohřevu z důvodu přítomnosti zbytkového kyslíku v pracovním prostoru pece
3. Způsob pájení hliníku za podmínek vakua: – úplná absence kyslíku na materiálu výrobku, tavidla a pájky; — povrchová úprava zpracovaných produktů se nevyžaduje; — „použitím metody konvekčního vytápění; — vysoká přesnost topných produktů; — zachování a plné využití křemíku a hořčíku; — vysoký stupeň opakovatelnosti výsledků pájení; – úplná připravenost produktu. Vakuové pájení je tedy nejpokročilejší a zajišťuje vysokou kvalitu zpracovávaných produktů
Zdroj: „Industry“ č. 3/2014
Pájení hliníku se provádí pomocí pájky cínu a olova. Proces je ale komplikován tím, že hliník se obtížně pocínuje. Nejčastěji se pájejí hliníkové rovné plochy nebo hliníkové dráty k hliníku nebo hliník k mědi. Důvodem špatného pájení hliníku je skutečnost, že je sám o sobě velmi aktivním kovem a na vzduchu je okamžitě pokryt velmi tenkou, ale odolnou vrstvou oxidového filmu, který tento kov chrání před atmosférickými vlivy.
I když povrch kovu vyčistíte běžným brusným papírem a pokusíte se jej pocínovat, nic nebude fungovat, protože během několika sekund je kov pokryt stejným oxidovým filmem.
Dva běžné způsoby pájení hliníku doma
Existují 2 řešení tohoto problému: buď odizolujte kov pod ochranným médiem, nebo použijte speciální tavidla. V prvním případě povrch potřeme minerálním olejem a zkusíme pocínovat.
Za tímto účelem začneme poškrábat povrch kovu pod povrchem oleje a odstraníme oxidový film. Olej zároveň neumožňuje pronikání kyslíku ke kovu a neoxiduje.
Malá plocha se dá vyčistit výkonnou páječkou, jelikož hliník je velmi tepelně vodivý materiál a jakmile povrch zahřejeme, teplota na něm začne klesat.
Vezmeme proto cínovo-olověnou pájku a vtíráme ji, ale i pod vrstvou oleje je to velmi obtížné, přesto tato metoda stále funguje, pokud budete pokračovat v tření po dlouhou dobu. Poté, co je povrch „pocínován“, odstraňte olej a připájejte měděný drát.
Podle druhé možnosti používáme pro pájení hliníku specializované tavidlo, které obsahuje všechny prvky, které korodují oxidový film a reagují se samotným kovem, což usnadňuje pájení.
V tomto případě se jedná o nízkoteplotní pájku, kterou kápneme na povrch a vidíme, že dochází k syčení, tedy samotné tavidlo interaguje s kovem, a proto dochází k cínování a je možné drát pájet.
Nyní spojíme dráty dohromady. Všimněte si, že první metoda pod olejem není vhodná pro pájení drátů kvůli nepohodlnosti místa a velmi obtížné organizaci zálivky. Ale tavidlo pro pájecí dráty je nenahraditelná věc. Pokud se ozve syčivý zvuk, pak došlo k pocínování a došlo k překrytí drátů.
Dále si zkusme drátky zapojit, kdy se konec jednoho drátu stočí do pružiny a do něj se zasune další drát. Pro jejich spojení je potřeba kontakt pocínovat, takže jej zakryjeme tavidlem a zatmelíme.
Zkontrolujeme kvalitu pájení. U prvního a druhého způsobu se dráty odtrhávaly s obtížemi. Obě metody jsou tedy absolutně použitelné. Lze je použít k pocínování hliníkového povrchu, kromě toho, že první způsob je vhodný pouze pro rovné povrchy a druhý (s tavidlem) pro pájení drátů.
