Pájení je způsob spojování součástí roztaveným pomocným materiálem, tzv. pájkou s nižší teplotou tavení než mají spojované součásti, které se při tom neroztaví. Mimo běžného dělení metod pájení na měkké (teplota pájení nižší než 450 °C) a tvrdé (teplota vyšší než 450 °C) od druhé poloviny 20. století přistupuje k těmto metodám i vysokoteplotní pájení (teploty vyšší než 900 °C). Pájení v peci umožňuje konstruktérům i výrobním technikům spojovat jednoduché i složité sestavy jedním či stovkami spojů.
Historie Od poloviny 20. století se začalo používat vysokoteplotní pájení pro nerozebíratelné spoje především nerezavějících ocelí a niklových slitin, avšak je možné vytvářet i heterogenní spoje niklových slitin a ocelí, slitin niklu a kobaltu, nerezavějících ocelí s kovografitem atd. Během tohoto procesu jsou spojované plochy smáčeny pájkou a působením kapilárních sil je vyplněna pájecí mezera. Pájka proniká až do základního materiálu a ve většině případů nastává difúzní spojení rozpouštěním základního materiálu. Primárním podnětem k využívání této technologie je konvenčními technologiemi obtížná svařitelnost (resp. nesvařitelnost) těchto materiálů, a to jak z důvodu "krátkosti za tepla" u niklových slitin tak i z důvodu nestejnorodosti základních materiálů. Doprovodným, ekonomickým efektem této technologie je možnost na jeden pájecí cyklus zhotovit u drobnějších součástí stovky pájených spojů na jeden pájecí režim a to i včetně následného tepelného zpracování (např. kalení). Při vysokoteplotním pájení nedochází k oduhličení a deformacím jako při svařování, výsledkem jsou lesklé povrchy zpravidla bez nutnosti následného opracování, reprodukovatelnost výsledků a plná automatizace procesu. Vysokoteplotní pájení se realizuje v komorových nebo šachtových pecích ve vakuu nebo v ochranném plynu.
Pájecí materiály (pájky) Ve vhodné formě jsou používány pájky dle druhu základních materiálů, lze se setkat s pájkami na bázi niklu, stříbra, paladia, platiny i zlata. Průmyslového použití nejvíce dosahují pájky niklové (NiCrBSi) a stříbrné (AgCu). Používají se ve formě prášků, drátů a fólií. Základní přehled pájek podává norma ČSN EN ISO 17672 (055650) z října 2024 dle normy EN ISO 17672:2024. Popis jednotlivých druhů a typů pájek udává norma pro Letectví a kosmonautiku, Třída 3126 – Těžké neželezné kovy, Pájky. Pájky se nejčastěji používají ve formě prášků o zrnitosti 45 až 106 µm (mikronů). Na místa pájených spojů se nanášejí "injekčními" stříkačkami a nebo pneumatickým dávkovačem z předem připravených past. Pasty jsou namíchány z vlastní práškové pájky a pojiva. Pojivem je obvykle plastická hmota rozpuštěná v organickém roztoku. Po nanesení na místa pájených spojů se těkavé látky pojiva rychle odpaří a pasta dále tuhne. Při vlastním procesu pájení se pojivo beze zbytku odpaří (vypálí) a jedná se vlastně jen o podpůrný prostředek k vytvoření pasty. Méně obvyklá je forma fólií. Jsou používány amorfní folie vč. samolepících tloušťky 0,075 až 0,125 mm vyrobené z prášků a také vyválcované folie tloušťky 0,025 až 0,05 mm a šíře kolem 10 mm. Plastické folie bez samolepícího účinku se připojují k součásti pomocí pojiva, kovové folie např. odporovým, bodovým mikrosvařováním. Stříbrné pájky, palladiové pájky a pájky s obsahem zlata se používají kromě základních forem jako dráty, tyčky, plechy, pásky mohou být také jako kroužky, disky, kruhové podložky, čtvercové či obdélníkové podložky, plíšky, piny, sekané drátky nebo trubičky. náhled|Stříkačka s připravenou pastou +Druhy pájek a teplota tavení dle ISO 17672OznačeníChemické složení %Teplota tavení SOL – LIQNiCrFeSiBCPMnCu°CNi 1Balance144,54,53,10,7 - - -977-1038Ni 1aBalance144,54,53,1 - - - -977-1077Ni 2Balance73,04,13,0 - - - -971-999Ni 3Balance - -4,52,9 - - - -982-1037Ni 4Balance - -3,51,9 - - - -982-1066Ni 5Balance19 -10 - - - - -1080-1135Ni 6Balance - - - - -11 - -875-875Ni 7Balance14 - - - -10 - -890-890Ni 8Balance - -7,0 - - -234,5982-1010Ni 9Balance15 - -3,6 - - - -1055 Většina těchto pájek je "kryta" specifikacemi výrobců leteckých motorů jako např. Pratt & Whitney (PWA), Generel Electric Aviation (B50TF), Rolls-Royce (MSRR), Rockwell (RBO) atd.
Příprava součástí před pájením Vlastní příprava součástí k pájení mimo odmaštění vychází z přísného požadavku na dodržení předepsané pájecí mezery. U třískově obráběných dílů to až tak nečiní problémy, ale u sestav z tvářených plechů nebo ohýbaných trubek je dosažení nominálního rozměru pájecí mezery po celé ploše spoje dosti obtížné. Při překročení přípustných rozměrů spáry buď nefungují kapilární síly a pájka do spoje nevteče a nebo spoj sice vznikne, ale nemá jednofázovou strukturu a obsahuje pevnostně nežádoucí eutektické fáze na bázi boridů. Objem vyloučených fází je přímo úměrný na zvětšující se šířce mezery. Poloha pájených komponent se zabezpečuje zpravidla tzv. stehováním WIG/TIG bez použití přídavného materiálu, kdy jsou obě styčné plochy přichyceny navzájem několika stehy (spoje typu trubka-koncovka, plech-příruba). U pájení dvou válcových součástí je možné použít k vymezení mezery pájku ve formě folie. náhled|Vakuová pec
Proces pájení Pájení se provádí v horizontálních, komorových či vertikálních, šachtových pecích s pracovní teplotou 1400 až 1600 °C. Alternativou jsou dvoukomorové pece s možností např. kalení do oleje. Pracovním prostředím při pájení může být vakuum (5×10−2 Pa až 1 Pa) anebo řízená atmosféra. Tou je buď ochranný plyn (argon, helium, dusík či jejich směsi) nebo redukční atmosféra (vodíková směs s dusíkem). Při ohřevu na pájecích teplotu redukční atmosféra plní i funkci pro lesklé žíhání. Různé druhy materiálů, které jsou určeny ke spojení, vyžadují rozdílné typy pájecí atmosféry. Kromě nejběžnějšího vakua se také používají různé ochranné a reaktivní atmosféry, nejvíce vodík, dusík, směs vodíku s inertním plynem nebo i např. směs argonu s vodíkem a dusíkem. Možností jsou i exotermické a endotermické atmosféry nebo čistý argon či hélium.
Tepelný proces pájení je předem naprogramován. Ohřev na pájecí teploty je přerušen 2-3 prodlevami až 30 minut pro dosažení rovnoměrné teploty (dle hmotnosti vsázky). Po výdrži na pájecí teplotě (10-30 minut) následuje pomalé ochlazení při vypnutém topení pod teplotu solidu pájky. Prudké dochlazení ochranným plynem může proces ukončit a nebo po zapájení následuje tepelné zpracování pro dosažení žádoucích vlastností základního materiálu např. kalení, popuštění, rozpouštěcí žíhání atd. U pájek na bázi niklu při teplotě pájení bór rychle difunduje do základního materiálu, čímž se zvyšuje teplota opětovného natavení. To umožňuje v případě potřeby provádět opravné pájení a dokonce i tepelné zpracování při vyšší teplotě, než byla při vlastním procesu pájení. náhled|Oprava rozváděcí lopatky leteckého motoru opravným pájením (5-6) a žárovým nástřikem MCrAlY (7-8)
Použití Vysokoteplotní pájení se úspěšně využívá ke kompletaci trubkových výměníků tepla, trubkových vlnovců, chirurgických nástrojů, ale především v leteckém a raketovém průmyslu. Takto jsou zapájeny pájkou Ni 2 trubkové sestavy s koncovkami, lopatkové difuzory kompresorů, heterogenní spoje (např. kobaltový stelit s ocelí) bajonetových nákružků, vačky, čepy a konzoly za provozu absorbující vibrace a tření, součásti spalovací komory a turbinové rozvaděče plynů atd. Pájení se mimo to uplatňuje v elektrotechnice (polovodiče), v energetice (palivové články), v jaderném průmyslu, rovněž tak v potravinářství, v automobilním průmyslu (výroba chladičů), zdravotnictví a v přístrojové technice. Slabostěnné příruby se pájí s keramikou (technologií Mo-Mn) ve vodíkové atmosféře eutektickou pájkou Ag72Cu nebo vakuovou mědí. Některé druhy pájek (např. Ni 5) se používají k tzv. povlakování pro zvýšení tepelné ochrany součástí.
Odkazy
Reference
Literatura
RUŽA, V.: Pájení. SNTL, Praha, 1988. OLSON, David LeRoy: Welding, brazing, and soldering, ASM handbook. Vol. 6, Materials Park : ASM International, 1997, 1299 s., ISBN 0-87170-382-3
Související články
Pájka Odpájení
Externí odkazy
Kategorie:Metalurgie Kategorie:Spojování Kategorie:Technologie