Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2. 10 Základní části strojů Kapitola 24 Pájené spoje Ing. Dušan Kabát 30. 9. 2013
Obsah ÚVOD... 3 1 PÁJENÉ SPOJE... 4 1.1 VLASTNOSTI PÁJENÝCH SPOJŮ... 4 1.1.1 Výhody pájených spojů... 4 1.1.2 Nevýhody pájených spojů... 4 1.1.3 Využití pájených spojů... 5 1.2 REALIZACE PÁJENÝCH SPOJŮ- PÁJKY... 5 1.3 ÚPRAVY STYKOVÝCH PLOCH SPOJOVANÝCH ČÁSTÍ... 5 1.3.1 Mechanické úpravy stykových ploch... 5 1.3.2 Chemické úpravy stykových ploch... 6 1.4 OTÁZKY KE KAPITOLE... 6 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 7 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 8 2
Úvod Výukový materiál se zabývá teorií pájených spojů, realizací pájených spojů, úpravami stykových ploch spojů a pájkami. Za výkladem jsou k dané problematice zařazeny kontrolní otázky. Ucelený výukový materiál postihuje oblast základních částí strojů a strojních zařízení. Materiál je určen žákům zejména prvních ročníků strojírenských a se strojírenstvím souvisejících oborů ukončených závěrečnou zkouškou, kde je zapotřebí nabýt znalostí o stavbě strojů a jejich základních konstrukčních prvcích. Stejně tak je možné materiál využít u takovýchto oborů ukončených maturitní zkouškou. Lze ho využívat v předmětech zabývajících se základy strojírenství, jako jsou Strojnictví, Části strojů a mechanismy, Strojírenství nebo Stroje a zařízení, v oborech Mechanik opravář motorových vozidel (23-68- H/01), Autotronik (39-41-L/01), Autoelektrikář (26-57-H/01), Karosář (23-55-H/02), Strojník (23-65-H/01), Klempíř (23-55-H/01), Provozní technika (23-43-L/51) apod. 3
1 Pájené spoje Patří mezi spoje nerozebíratelné s materiálovým stykem. Podstatou pájení je tepelné působení (páječky) na stykové plochy spojovaných částí a přídavný materiál (pájku). Teplota v místě pájení bývá nižší, než je tavící teplota spojovaných materiálů Vytvoří se tak pevné, nerozebíratelné spojení podobné svarovému spoji. Zfyzikálního hlediska jde o tzv. difuzi (prolínání) přídavného kovu pájky, do stykových ploch spojovaných materiálů. Obrázek 1: Pájené spoje 1.1 Vlastnosti pájených spojů 1.1.1 Výhody pájených spojů Velkou výhodou pájených spojů oproti spojům svařovaným jsou nižší pracovní teploty, které tak způsobují ve spojích nižší pnutí při ochlazování. Dále se obvykle nemění ani struktura a tím i mechanické vlastnosti spojovaných materiálů. Spoje jsou z důvodu použité pájky zpravidla dobře elektricky vodivé, čehož se využívá zejména v elektrotechnice. Mají velmi dobrou tepelnou vodivost a jsou i vodotěsné. V neposlední řadě je i výhodou to, že pro pájení není zapotřebí kvalifikace pracovníka jako u svařování. 1.1.2 Nevýhody pájených spojů Základní nevýhodou pájených spojů je jejich nižší pevnost oproti spojům svařovaným. Toto je zároveň nejčastější hledisko při volbě použití spoje pájeného nebo svarového. Často se stává, že spoj pájený by neunesl dané zatížení a musí se tedy volit v daném místě spoj jiný. Další velkou nevýhodou je potřeba náročnějších úprav stykových ploch před pájením. Stykové plochy se musí upravovat mechanicky a pak se před pájením ještě chemicky čistí. Spoje jsou také lépe napadnutelné korozí, protože spojované materiály jsou odlišné od samotné pájky. 4
1.1.3 Využití pájených spojů Pájené spoje se využívají zejména pro vodivé spoje v elektrotechnice. Jejich použití je rozšířeno v klenotnictví (řetízky apod.) a jemné mechanice (hodinky). Dále je to instalatérství (Cu trubky apod.) a další oblasti strojírenství. 1.2 Realizace pájených spojů- pájky Při samotné realizaci pájených spojů je možné pracovat v širokém rozpětí pracovních teplot. Podle toho jaká je pájecí teplota v místě spoje, lze pájení a tedy i použité pájky rozčlenit na: 1. Pájení naměkko 2. Pájení natvrdo 3. Vysokoteplotní pájení Pájení naměkko Je to pájení při nejnižších teplotách. Teploty se pohybují do 500 C. Používá se zejména v elektrotechnice nebo pro spoje, které vyžadují dobrou těsnost, např. pro spojování méně zatížených potrubí. Pevnost spojů je relativně nízká. Mezi pájky používané pro měkké pájení patří olovo, cín, zinek - pájky měkké. Pájení natvrdo Pracovní teploty se zde pohybují nad 500 C. Obvykle se pracuje s tavidlem a v ochranném plynu nebo ve vakuu. Tyto spoje vykazují vyšší pevnost než při pájení měkkém. Používají se zde tvrdé pájky jako hliník, měď a slitiny mědi (bronz, mosaz). Pájení vysokoteplotní S použitím vysokých pracovních teplot nad 900 C. Pájí se v ochranných plynech s použitím tavidel. Jako pájky se používají stříbro a jeho slitiny. Spoje vykazují vysokou pevnost. Pájení stříbrem se používá v klenotnictví nebo špičkové elektrotechnice (hi-fi technika, měřící přístroje, apod.) 1.3 Úpravy stykových ploch spojovaných částí Stykové plochy se před pájením upravují z důvody zvýšení soudržnosti spoje. Úpravy lze rozdělit na dvě hlavní části: 1. Mechanické úpravy stykových ploch 2. Chemické úpravy stykových ploch 1.3.1 Mechanické úpravy stykových ploch Podobně jako u svarových spojů se i u pájených upravují tvary stykových ploch. Obvykle jde o zvětšování stykových ploch pro zvýšení pevnosti a tuhosti spojů. Plechy a trubky jsou nejčastěji spojované části. Plechy se spojují např. lemováním, sešikmením, přeplátováním nebo s příložnými deskami. Trubky např. hrdlovým spojem, převlečnou trubkou nebo rozehnáním. Stykové plochy se pak ještě obvykle zbavují hrubších nečistot a vyhlazují některou z metod ručního nebo strojního jemného obrábění (brusné papíry, broušení, apod.) 5
Obrázek 2: Úpravy stykových ploch pro pájení 1.3.2 Chemické úpravy stykových ploch Před samotným pájením se stykové plochy ještě odmašťují např. zředěnou kyselinou solnou. Před nanesením pájky se části nahřívají na tavicí teplotu pájky a na této teplotě jsou udržovány po celou dobu pájení. Na pájený spoj nanáší tavidlo - pájecí pasta, kalafuna, pájecí voda, borax. Tavidlo plní několik funkcí - zabraňuje přístupu kyslíku k pájenému místu, odstraňuje zbytky nečistot a odmašťuje stykové plochy. Při měkkém pájení se používá kalafuna nebo pryskyřice, při tvrdém borax nebo kyselina boritá. 1.4 Otázky ke kapitole 1. Kam lze zařadit pájení z hlediska rozebíratelnosti a podstaty funkce? 2. Co je fyzikální podstatou soudržnosti pájeného spoje? 3. Jaké jsou teploty pájení v porovnání s tavícími teplotami spojovaných částí? 4. Jaké znáte výhody pájených spojů? 5. Jaké znáte nevýhody pájených spojů? 6. Co je to pájka? 7. Jaké je dělení pájení z hlediska pájecí teploty doplňte používanými pájkami? 8. Kde se pájených spojů využívá a proč? 9. Jaké znáte mechanické úpravy stykových ploch spojovaných částí doplňte obrázky? 10. Jaké znáte chemické úpravy stykových ploch spojovaných částí? 6
2 Doporučená literatura 1. Leinveber, J., Řasa. J., Vávra. P. Strojnické tabulky. Praha: Scientia spol. s r. o., 2000. ISBN 80-7183-164. 2. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425. 3. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 4. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920-01-8. 7
3 Použitá literatura a zdroje 1. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920- 01-8. 2. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 3. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425 4. Rybářová, V. 2011. Strojní součásti a spoje. Dostupné z http://uloz.to/xa3mu1nf/strojni-soucasti-a-spoje-pdf. 8