Cínovanie pozinkovaného plechu: Komplexný sprievodca

Cínovanie pozinkovaného plechu je proces, ktorý sa používa na vytvorenie vodotesných a plynotesných spojov, prípadne na ochranu pred koróziou. V tomto článku sa pozrieme na rôzne aspekty cínovania pozinkovaného plechu, vrátane výberu správnych materiálov a techník.

Základy spájkovania

Spájkovanie je spôsob metalurgického spájania kovových aj nekovových dielcov alebo nanášania pomocou roztavenej spájky, pričom spájkované plochy základných materiálov nie sú natavené, ale iba zmáčané použitou spájkou. Výsledkom spájkovania je spoj zložený zo základného materiálu, spájky a prechodovej oblasti.

Spájkované spoje sú vodotesné, plynotesné, odolávajú šokom a vibráciám. Výhodou spájkovania je to, že môžete spájať rôzne materiály (aj ťažko taviteľné), kovy, sklo, keramiku. Zároveň sa pri spájkovaní používajú podstatne nižšie teploty než pri zváraní, spájané materiály sa nenatavujú a preto sa ich vlastnosti neporušia. Spájkovaním navyše dosiahnete pekný, estetický spoj, ktorý netreba ďalej mechanicky obrábať.

Nevýhodou spájkovania je pomerne malá pevnosť spojov (hlavne pri mäkkom spájkovaní), zložitosť tvarov spojov (zvýšená prácnosť) a horšia koróziivzdornosť spájkovaného spoja oproti základnému materiálu.

Základné komponenty spájkovania:

  • Spájka: Prídavný kovový materiál používaný na vytvorenie spoja dvoch dielov - základných materiálov.
  • Spájkovačka: Mikrospájkovačka, plameňový horák - zariadenia, ktorými roztavíte spájku.
  • Tavivo: Používa sa na očistenie povrchu základného materiálu od oxidov a chráni spojované materiály počas spájkovania pred ďalšou oxidáciou.

Vlastnosti dobrej spájky

Aby spájka zabezpečila potrebnú kvalitu spoja, nemusí mať rovnaké, ani podobné chemické zloženie ako základný materiál. Ďalej nasledujú vlastnosti, ktoré spájka naopak mať musí:

  • Nižšiu teplotu tavenia než spájané materiály.
  • Dobré spájkovacie vlastnosti.
  • Byť vyrobená z čistých surovín.
  • Mať tvar vhodný na spájkovanie.

Spájkovacie vlastnosti

  • Zmáčavosť: Schopnosť tekutej spájky priľnúť ku kovovo čistému základnému materiálu pri pracovnej teplote.
  • Roztekavosť: Schopnosť tekutej spájky roztiecť sa pri určitej teplote po vodorovnom povrchu základného materiálu.
  • Kapilarita / Vzlínavosť: Schopnosť tekutej spájky vyplniť pri určitej teplote úzku medzeru spoja pôsobením kapilárnych síl.

Výber spájky

Voľba spájky je určená vlastnosťami, ktoré sú kladené na spájkovaný výrobok. Pre jeden základný materiál môžete použiť aj niekoľko druhov spájok. Informácie o zložení, vlastnostiach a použití spájky sa dočítate na obale spájky. Zároveň sú tieto informácie uvedené v normách. Svoju úlohu pri výbere zohrávajú aj celkové náklady - cena spájky, cena taviva (ak je potrebné), príp. potreba ochranných pracovných prostriedkov (rukavice, okuliare, respirátor) pri práci so spájkami.

Rozdelenie spájok podľa teploty tavenia:

  • Mäkké spájky: S teplotou tavenia nižšou ako 450 °C s použitím taviva - pre pevnostne a teplotne menej namáhané spoje, spájka nesmie byť mechanicky namáhaná. Spájkovanie mäkkými spájkami poznáte aj pod názvom letovanie.
  • Tvrdé spájky: S teplotou tavenia 450 - 950 °C s použitím taviva - pre viac namáhané spoje a spoje pracujúce pri veľmi nízkych (kryogénnych) teplotách.
  • Vysokotaviteľné spájky: S bodom tavenia nad 950 °C bez použitia taviva.

Použitie taviva je vyžadované vo väčšine prípadov spájkovania, tavivá pre mäkké aj tvrdé spájkovanie od nami overených výrobcov si môžete zaobstarať v našom e-shope.

Tvar spájky

Spájky nájdete vo forme drôtov, obalených prútov, tyčí, prstienkov, fólie, pásky, blokov, plechu, pasty alebo prášku. Tvar spájky volíte podľa mnohých faktorov, ako sú veľkosť a tvar spájanej súčasti, typ spoja, spôsob spájkovania, množstvo vytváraných spojov,.. V malosériovej výrobe sa často používajú spájky v tvare prstienkov, v elektronike sa spájkuje väčšinou mäkkými spájkami.

Mäkké spájky

Spájkovanie s mäkkými spájkami (anglicky Soldering) prebieha pri nízkej teplote tavenia spájky, do 450 °C. Mäkké spájky majú malú pevnosť, preto sa používajú na výrobu spojov, ktoré nie sú pevnostne ani teplotne namáhané. Sú zložené zo zliatin ťažkých kovov, ktoré sa tavia pri nízkych teplotách. Výhodou mäkkého spájkovania je, že vďaka používaniu nízkych teplôt dochádza len k minimálnemu vplyvu na základný materiál. Nízkoteplotný proces spájkovania je dobre kontrolovateľný a nízkoenergetický.

Použitie mäkkých spájok:

  • V elektrotechnike (takmer výlučne).
  • Klampiarstve, autoklampiarstve.
  • Konzervárenstve, zámočníctve.
  • Pocínovanie, tepelné poistky.
  • Mäkké spájkovanie hliníka, skla, keramiky, vitráží.

Do skupiny mäkkých spájok patria:

  • Cínové spájky: Cín poskytuje spájkam dobrú zmáčavosť a vytvára pekný, lesklý spoj. Delia sa na:
    • Cínovo-olovnaté - ide o zliatiny cínu Sn a olova Pb s pracovnou teplotou 190 -350 °C. Spájky s obsahom olova sa však kvôli jeho toxicite od roku 2011 (Smernica RoHS2) nemôžu používať v elektrických a elektronických zariadeniach. Použitie olova je obmedzené na výnimky, kedy jeho vlastnosti zatiaľ nie je možné nahradiť inými prvkami, napr. v medicíne alebo vojenskej technike, na vytvorenie elektrických spojov s kryogénnymi snímačmi zdravotníckych pomôcok, letovanie ku keramickým kondenzátorom,..
    • Cínové bezolovnaté - okrem cínu môžu obsahovať meď, striebro, bizmut, indium, zinok, anitimón, ... Sú väčšinou pevnejšie než spájky s olovom, používajú sa hlavne v elektrotechnike, ale pre niektoré náročné aplikácie nie sú použiteľné.
  • Špeciálne spájky: Pre špeciálne požiadavky, napr. na použitie pri zvýšenej alebo kryogenickej teplote, pre potravinársky a chladiarenský priemysel, pre spájkovanie skla, na tepelné poistky,... Sú to zliatiny na báze zinku, kadmia, bizmutu a ďalších nízkotaviteľných kovov, mnohé sa pridávajú ako náhrada olova (Ag, Cu, Al,..).

Tvrdé spájky

Spájkovanie s tvrdými spájkami (anglicky Brazing) prebieha pri teplote tavenia spájky 450 - 950 °C. Tvrdými spájkami vytvoríte spoje, ktoré zvládnu niekoľkokrát väčšiu mechanickú námahu oproti mäkkým spájkam, alebo ak spájkovaná súčiastka musí zvládať vyššie alebo kryogénne teploty. Tvrdé spájky sa používajú na spájkovanie širokého spektra kovov a zliatín.

Delenie tvrdých spájok:

Spájka Použitie tvrdých spájok Príklad
Hliníkové spájky Pre hliník a jeho zliatín (výrobky z tenkostenných plechov hrúbky 1-3 mm), niekedy na spájkovanie titánu a jeho zliatín, napr. pre automobilové a tepelné chladiče, tepelné výmenníky, .. Al-Cu, Al-Cu-Si
Spájky na báze striebra Pre mosadze a nehrdzavejúce ocele typu 18 Cr / 8 Ni, pre takmer všetky železné aj neželezné kovy okrem hliníka, horčíka a ich zliatín Ag-Cu, Ag-Cu-P, Ag-Cu-Zn
Spájky na báze medi a mosadze Pre železné a neželezné kovy s teplotou tavenia nad 1000°C, bežné ocele, nikové zliatiny, meď, liatiny, na spájkovanie vo vákuu, mosadzné spájky pre spájkovanie liatiny, Cu-P spájky pre spájkovanie medi a jej zliatín, nie je potrebné používať tavivo Cu, Cu-P, Cu-Zn
Spájky na báze niklu Pre základné materiály obsahujúce Co, W, Nb, železné a neželezné vysokoteplotné zliatiny Ni-Cr-B, Ni-Cr-Fe-Si-C, Ni-Cr-Mo-Mn-Si
Spájky na báze zlata Pre vysokopevné materiály spájkované vo vákuu, v elektronike, pre spájkovanie tenkých prierezov, v priemyselnej výrobe, zubnom lekárstve, umeleckej výrobe a zlatníctve Au-Cu, Au-Ni, Au-Ni-Cr
Spájky na horčíkové zliatiny Pre horčík a jeho zliatin s použitím taviva Mg-Al-Zn-Cd (Be)

Vysokoteplotné spájky

Spájkovanie s vysokoteplotnými spájkami (anglicky High Temperature Brazing) prebieha pri teplote tavenia spájky nad 950 °C bez použitia taviva. Spájky pre vysokoteplotné spájkovanie sa používajú pre vyššie prevádzkové teploty pre spájkovanie v ochrannom plyne (argón, hélium) alebo vo vákuu. Patria sem hlavne spájky na báze Ni-Cr-B, ale aj spájky na báze čistých kovov (Cu, Ni, Pt, Zr, Nb), spájky CuSi, CuAl, CuSn. Vysokoteplotné spájky sa používajú často v automobilovom priemysle pri výrobe spojov na pozinkovaných oceľových plechoch.

Spájkovanie pozinkovaných plechov a ochrana proti korózii

Protikorózna ochrana oceľových výrobkov má v dnešnej dobe veľký význam, preto je potrebné hľadať riešenia pre jej zachovanie aj pri spájaní žiarovo pozinkovaných plechov. Najlepšie riešenie pre dielce, ktoré treba spájať, je najskôr ich spojiť a následne pozinkovať, ale sú situácie keď to nie je možné a treba spájať plechy, ktoré sú už pozinkované.

Plechy, ktoré sú už pozinkované sa ťažšie spájajú práve kvôli vrstve zinku, ktorá sa nám pri zváraní odparí a tým plechy stratia svoju ochranu proti korózii. Určité riešenie nachádzame v oblúkovom spájkovaní týchto dielcov s využitím metódy CMT. Pri tomto procese spájkovania elektrickým oblúkom v ochrannej atmosfére plynov sa energia dostatočne presne dávkuje do miesta spoja. Ide o studený prenos materiálu (Cold Metal Transfer).

CMT spájkovanie

Na spájkovanie sa použil prídavný materiál DIN 1733 SG CuSi3. Na vytvorenie spoja bola použitá technológia CMT spájkovania. Spájkovalo sa ručne. Na spájkovanie sa použilo zariadenie HELVI SILVER MIG 209. Táto zváračka bola vybavená elektrickou riadiacou doskou motora podávania, ktorá je riadená mikroprocesorom a automatickým optimálnym nastavením zváracích parametrov. Je určená pre MIG/MAG zváranie a MIG/MAG spájkovanie.

Plechy sa spájkovali preplátovaným spojom.

Na základe uskutočnenej makroskopickej a mikroskopickej analýzy môžeme povedať, že spájkovanie metódou CMT má podstatne menej deštruktívny vplyv na vrstvu žiarového zinku ako oblúkové zváranie metódou MAG. Prednosť metódy CMT spočíva v presnom dávkovaní energie do miesta spoja a v použitom prídavnom materiály spájky na báze Cu.

Pre metódu CMT spájkovania sme použili prídavný materiál SG CuSi3, ktorý má teplotu tavenia 910 až 1 025 °C veľmi blízku k teplote odparovania zinku 906 °C.

tags: #cinovanie #pozinkovaneho #plechu

Populárne príspevky: