Pájení kontaktů a vodičů

Pájení - proces spojování kovů v pevném stavu s pájkami, které po roztavení stékají do mezery, zvlhčují pájené povrchy a po ochlazení ztuhnou a vytvoří pájený šev.

Pájení se provádí při teplotě pod teplotou tavení materiálů spojovaných dílů. Teplota pájky použité k pájení by přitom měla být o něco vyšší než bod tání a teplota spojovaných dílů by se měla blížit teplotě tání pájky. Dodržení této podmínky je nezbytné pro získání takové mobility pájky, která zajišťuje vyplnění mezer ve švech mezi kontaktními prvky a obtékáním jejich povrchů.

Kvalitního pájeného spojení lze dosáhnout pouze tehdy, pokud pájka smáčí kontaktní plochy spojovaných prvků, má také vysoké kapilární vlastnosti a zajišťuje vyplnění mezer mezi spojovanými prvky.

Metalurgický způsob spojování dílů pomocí pájky s bodem tání pod 450 °C se nazývá měkké pájení. K přilnavosti pájky ke kovu dochází v důsledku přilnavosti pájky ke kovu. Je třeba poznamenat, že bod tání pájky pro měkké pájení při 450 ° C se předpokládá podmíněně.

Vytváření kontaktních spojů pomocí pájky s bodem tání nad 450 °C se nazývá pájení. Spojení pájky s kovem je v tomto případě způsobeno jak adhezí, tak difúzí pájky do kovu.

Při pájení nedochází téměř k žádnému roztavení spojovaných prvků, takže pájené spoje se snáze opravují.

Pájení vytváří spojení mezi prakticky libovolným stejným kovem nebo kombinací různých kovů.

Měď patří mezi kovy, které lze snadno pájet. Přidání legujících prvků do mědi však komplikuje proces pájení, protože přítomnost nečistot v mědi mění vlastnosti oxidových filmů, které jsou překážkou pro vytvoření spolehlivého spojení. Nečistoty ve slitinách mědi navíc při pájení reagují a tvoří křehké spoje. V tomto ohledu je třeba při vytváření kontaktních spojení pečlivě vybírat tavidla a pájky.

Pájení hliníku představuje dvě hlavní výzvy. Za prvé, na hliníku je žáruvzdorný oxidový film a za druhé má hliník vysokou tepelnou vodivost s relativně nízkou tepelnou kapacitou a velkým koeficientem lineární roztažnosti. Proto v procesu pájení hliníkových kontaktních prvků musí být ohřev lokalizován, volba tavidla musí být provedena v závislosti na legovacích přísadách zavedených do kovu.

Vlastnosti různých spojovaných kovů nebo jejich kombinace předurčují jak technologický postup pájení, tak pájky, tavidla a zařízení používaná při pájení.

Svařovaná kontaktní struktura

Pájení má mnoho společného s tavným svařováním, ale existují mezi nimi zásadní rozdíly. Pokud jsou během svařování hlavní a přídavné kovy ve svarové lázni v roztaveném stavu, pak se hlavní kov během pájení neroztaví.

Obecně je pájení komplexem metalurgických a fyzikálně-chemických procesů probíhajících na rozhraní mezi základním pevným kovem a tekutým kovem — pájkou.V závislosti na fyzikálně-chemických vlastnostech základního materiálu a pájky, jakož i na podmínkách a způsob pájení, spoj, vytvořený mezi nimi, má jinou strukturu. Je známo, že podmínkou pro spojení základního kovu s pájkou je adheze. Při smáčení čistého kovového povrchu pájkou a jejím následném tuhnutí dochází k následujícím procesům.

Pokud součásti, které tvoří pájku, neinteragují se základním kovem, než se v něm rozpustí, pak se mezi pájkou a tímto kovem objeví mezikrystalické vazby. Pevnost vazby vytvrzené pájky k základnímu kovu se blíží pevnosti pájky samotné. To je dáno tím, že pájka vyplňuje všechny nerovnosti a mikrokanálky, které tvoří vyvinutou adhezní plochu výrazně převyšující viditelnou kontaktní plochu.

V případě, že je rozpouštění jednoho kovu v druhém možné při teplotě pájení nebo při teplotách nižších, dochází kromě mezikrystalických vazeb k difúzi atomů pájky do pájeného kovu a naopak. Vzájemná difúze pájky a pájky je extrémně citlivá na teplotu. Proto vývoj tohoto procesu závisí na teplotě pájení a délce ohřevu. Při určitých teplotách tvoří svarový kov a součásti pájky intermetalické vrstvy na rozhraní spoje.

Struktura kontaktního spoje vytvořeného pájením je oblast sestávající z vrstvy lité pájky rovnající se mezeře mezi spojovanými prvky a obklopená na obou stranách produkty interakce pájky s obecnými kovy — intermetalický meziprodukt vrstvy různé kompozice — a oblasti vzájemného rozložení.

Struktura pájeného spoje: 1 — připojené vodiče; 2 — korozní zóny; 3 — intermetalické vrstvy; 4 — pájka; 5 — difúzní zóna

Pájení hliníkových drátů

Spojení a rozvětvení plných vodičů o průřezu 2,5 — 10 mm2 pájením se provádí po předchozím spojení konců jádra dvojitým zákrutem tak, aby se v místě dotyku žil vytvořila drážka. Spoj se zahřeje plamenem propanbutanového hořáku nebo benzínové lampy na teplotu počátku tavení pájky. Poté s námahou otřete spojovací plochy páječkou zavedenou do plamene. V důsledku tření se drážka při zahřátí spoje očistí od nečistot a pocínuje. Tímto způsobem je celé spojení utěsněno.

Pájení spojování a rozvětvení pevných vodičů

Spojení, ukončení a rozvětvení izolovaných hliníkových drátů pájením vyrobeným po postupném řezání kontaktních ploch hliníkových drátů a jejich předběžném pocínování. Konce žil se vkládají do speciálních forem a umístí je do středu a středu trubicové části tak, aby se navzájem dotýkaly. Na vodiče jsou umístěny ochranné clony, které chrání izolaci připojených vodičů před působením plamene. Chladiče se navíc používají pro velké průřezy vodičů. Vnitřní plochy forem jsou předem natřeny studenou barvou nebo přetřeny křídou. Místa, kde dráty vstupují do matrice, jsou utěsněna plechem nebo šňůrou azbestu, aby se zabránilo úniku pájky.

Před přímým pájením plamenem se střední část matrice zahřeje, poté se do plamene zavede pájka, která roztavením vyplní matrici až po vrchol otvoru.

Obrázek ukazuje spoj připravený pro pájení. Byla vyvinuta a použita metoda odlévání pájením. Touto metodou se připravené žíly pokládají se zkosením pod úhlem 55 °. tvar, přičemž vzdálenost mezi nimi je asi 2 mm, zbývající operace přípravy drátu pro připojení jsou podobné těm, které se provádějí při tavném spojení.

V kelímku se roztaví 7-8 kg pájky a zahřeje se na asi 600 °C (aby se zabránilo rychlému ochlazení). Mezi kelímkem a místem nalévání pájky je instalována odkapávací miska pájky, která je připevněna k odkrytým částem vodičů.Pájka se nalévá do formy otvorem nálitku, dokud se okraje jader neroztaví a forma se nenaplní. Doporučuje se pájku promíchat a seškrábnout oxidový film z konců jader škrabkou. Doba pájení nepřesahuje 1 — 1,5 minuty.

Lankové dráty s namontovanými formami, připravené pro pájení: 1 — izolace drátu, 2 — ochranné stínění, 3 — forma, 4 — položený drát, 5 — azbestové těsnění.

Spojení hliníkových kabelových vodičů pájením litím roztavené pájky: a — celkový pohled na proces pájení, b — šablona pro zdobení konců drátů; c — hotové spojení, 1 — pájka, 2 — pájecí body

Pájení měděných drátů

Technologie spojování a ukončování měděných vodičů pájením je stejná. Pájení vodičů o průřezu 1,5 — 10 mm2 se provádí páječkou a o průřezu 16 — 240 mm2 — propanbutanovým hořákem nebo kahanem; proces pájení spočívá v ponoření do roztavené pájky nebo nalití roztavené pájky na pájecí bod.

Připojení a odbočení měděných vodičů do 10 mm2 pájením se provádí po přípravě jejich kontaktů. Žíly jsou zkrouceny, pokryty kalafunou, pájecí bod se zahřívá páječkou roztavením pájky v místě pájení nebo ponořením spoje do pájecí lázně. Poté, co se spoj navlhčí pájkou a vyplní se jí mezery mezi pájenými konci, ohřev spoje ustane.

Připojení a odbočení měděných vodičů o průřezu 4 — 240 mm2 pájením s použitím kontaktních tvarovek, provádí se závlahou.K tomuto účelu se pájka v grafitových nebo ocelových kelímcích zahřívá v elektrické nebo plynové peci na teplotu 550-600°C.

Vodiče připravené pro připojení nebo ukončení jsou předem pocínovány a poté umístěny do objímky nebo dutinky. Spoj vodiče je umístěn uprostřed objímky. Po dokončení se jádro vloží do bitu tak, aby jeho konec lícoval s koncem trubkové části hrotu. Aby se zabránilo úniku pájky na jádro, je mezi konec objímky (hrot) a okraj izolace navinut azbest. Spoj je vodorovný. Zavlažování pájky pokračuje, dokud se nevyplní objem mezi jádrem a hrotem, ne však déle než 1,5 minuty. Na konci pájení ihned (do vychladnutí pájky) otřete objímku hadříkem navlhčeným v pájecí masti, vytlačíte a vyhladíte skvrny od pájky.

Pájení různých kovových drátů se provádí stejnou technologií jako spojení dvou hliníkových drátů. Při přípravě konců hliníkových drátů k pájení jsou jejich konce zkoseny pod úhlem 55O nebo stupňovitě řezány, načež jsou konce pocínovány. Pájení se provádí přímým tavením ve formě nebo litím s předem roztavenou pájkou. Spojení a odbočení hliníkových lankových a plných drátů lze také provést v pocínovaných měděných průchodkách.