U tohoto článku nebylo technicky možné zajistit fotografie a obrázky.
Pájení kovů
Kategorie: Dílna | Autor: Karel Štech
Ani současné techniky svařování či lepení kovových materiálů neposlaly pájení na “smetiště dějin”. Pájení je sice technika velmi stará, ale v některých oborech (klempíři, elektronici) zatím nepřekonaná.
Co je pájení
Pájení, také letování (z německého löten), je technika spojování kovů pomocí snadno tavitelných slitin (nejčastěji na bázi cínu). Znali ji
již obyvatelé ze starověké Mezopotámie kolem roku 2000 př. n. l. (a u nás Keltové v 5. stol. př. n. l.).
V domácích podmínkách se nejčastěji používá tzv. měkké pájení, které sice není mechanicky příliš pevné, ale k pájeným materiálům je šetrnější, protože probíhá za teploty kolem 300 až 350 °C, kdy se struktura spojovaných kovů nemění (na rozdíl od kalení a popouštění). Tzv. tvrdé pájení, kdy hlavní složkou slitiny je nejčastěji stříbro nebo měď, vyžadují vyšší teploty (kolem 1000 °C) a jsou vhodné spíš pro použití v průmyslu, nikoli v chalupářských podmínkách; tyto technologie jsou také dražší než svařování.
K pájení kovů potřebujeme páječku, pájku (pájecí slitinu) a tavidlo.
Princip pájení
Pájení využívá ochoty některých kovů spojovat se s určitými slitinami za teploty, přesahující bod tavení těchto slitin, a s pomocí tzv. tavidel. Je jím například kalafuna, tradiční a dodnes používané tavidlo, což je rafinovaná prys-kyřice jehličnatých stromů. Kalafuna snižuje povrchové napětí cínové slitiny a váže na sebe zoxidované složky; tím umožňuje spojení pájky zejména s mědí a jejími slitinami. Některé jiné roztoky umožňují pájet železné kovy, nerez či hliník. Pájecí slitina (tak zvaná pájka) je tvořena nejčastěji směsí cínu a olova v poměru 3:2 s bodem tavení 190 °C (např. pájka Sn60Pb40 taje při 183 – 190 °C). Přísadou některých kovů (antimon, vizmut, indium) se dá teplota tavení slitiny snížit až zhruba na 140 °C (pájka Pb48Sn32Bi). Z cenových důvodů se pro některé účely používají pájky s vyšším obsahem olova (cín je výrazně dražší); například klempířská pájka obsahuje až 70 % olova a jen 30 % cínu, naopak pájka používaná pro hermetizaci konzerv a jiné výrobky potravinářského určení nesmí obsahovat víc než 10 % olova; pro elektroniku je předepsáno složení pájky 60 % cínu a 40 % olova. Pájet je možné kovy mechanicky očištěné a odmaštěné, případně chemicky zbavené nežádoucích kysličníků na povrchu. Při pájení je nutné nejen dosáhnout teploty vyšší než je bod tání pájky, aby pájka vzlínáním pronikla do pájeného spoje, ale i dobrého mechanického spojení pájených předmětů. Dráty je vhodné nejprve spolu zkroutit a tento spoj pak propájet, plechy vzájemně “pertlovat”, protože pevnost spojů “natupo” není vysoká.
Jakou páječku použít
Protože kovové hmoty odnímají hrotu páječky teplotu, je nutné tepelný výkon pájecího zařízení přizpůsobit druhu spojovaných materiálů. Znamená to, že například pro spojování měděných plechů větších rozměrů (plechové střechy) musíme použít páječku s větším výkonem (elektrickou s příkonem aspoň 500 W nebo dostatečně výkonnou propanovou).
Pro pájení plošných spojů a tenkých drátů v elektronice jsou nejvýhodnější páječky nízkovoltové s elektronickým řízením teploty, přijatelné jsou i páječky klasického typu o výkonu 40 až 60 W. Mezi kutily jsou rozšířené pistolové transformátorové páječky, u kterých je místo měděného hrotu použita tzv. vlásenka z měděného drátu o průměru kolem 1 mm. Tímto vodičem prochází za provozu proud kolem 50 A, který jej zahřívá na teplotu 300 – 400 °C. Pistolové páječky nejsou pro kvalitní práce vhodné – nejen proto, že se u nich mění teplota podle stavu hrotu (měděná “smyčka” se doslova rozpouští v roztavené pájce, takže se u ní mění síla drátu a tím i jeho teplota), ale i pro rizika při pájení některých elektronických obvodů. Naindukované napětí z trafa může totiž zničit některá citlivá zařízení (integrované obvody a tranzistory využívající FET techniky).
Technika pájení
Při pájení je třeba spojované materiály dostatečně prohřát, jinak spoj není kvalitní. Jiným požadavkem je dobré upevnění spojovaných částí – pokud by se při spojování pohnuly, měl by spoj nízkou pevnost a tzv. strupovitou strukturu. Správně vytvořený spoj je lesklý a “zateklý” – znamená to, že pájka vzlínavostí pronikne dokonale do spoje.
Při pájení se spoj zahřeje hrotem páječky na dostatečnou teplotu. Do pájeného místa se přidává cínová pájka, která přenos tepla ještě zlepší. Pájení však nemá trvat dlouho, jinak se pájka pokrývá oxidy a její vzhled i kvalita se zhoršují. Pájka na nedostatečně prohřátých materiálech vytváří tzv. studený spoj, kte-rý je v elektronice zdrojem
poruch; naopak překročení optimální teploty způsobuje oxidaci drátů či plechů a “přepalování” pájky; výsledný spoj je rovněž nekvalitní.
Podmínkou úspěšného pájení je použití vhodného tavidla, které zabrání oxidaci jejich zahřátých povrchů a zvyšuje schopnost pájky je smáčet. Pro cínové pájky se nejčastěji používá čistá kalafuna, zpravidla rozpuštěná v lihu či izopropylalkoholu. Tento roztok se dá zakoupit, připravit svépomocně z denaturovaného lihu a kalafuny pro hudebníky a také jej obsahuje tzv. trubičkový cín, určený pro drobné práce v elektronice. Je to dutý drát, v němž je tento hustý roztok nebo tavidlo jiného typu. Kromě roztoku kalafuny se totiž v současné době vyrábějí i další tavidla, například MTV 24N, MTV 125, MTL 408, MTL 461, MTL 468 R, RMA 04 a další, pro pájení velkých hmot (například pozinkovaných či měděných okapů nebo střešního oplechování) se používají pájecí tekutiny SW11, pro měděné potrubí SW22 nebo Supersan H 1, atd.
Zřejmě nejznámějším tavidlem používaným pro pájení větších hmot je tzv. chlorzinek, který lze svépomocně připravit z odstřižků zinku rozpuštěných v kyselině solné o koncentraci 30 – 35 %. Do kyseliny vhazujeme kousky zinku, dokud se rozpou-štějí. Tyto práce je nutné
provádět výhradně venku a s vhodnými ochrannými pomůckami (brýle, gumové rukavice). Kyselinu je pak třeba zředit vodou asi 1:1
– vždy tak, že se roztok přelije do větší dobře uzavíratelné lahvičky, ve které je stejné množství destilované vody jako je kyseliny – nikdy nelijeme vodu do kyseliny!
Roztok chlorzinku lze používat výhradně pro pájení velkých kovových hmot, nikoli pro drobné součástky, které by zbytky kyseliny časem narušily. I velké kovové předměty (střešní plechy, okapy) je nutné po ukončení práce opláchnout vodou, nejlépe s přídavkem sody nebo mýdla.
***
NĚKOLIK DOBRÝCH ZKUŠENOSTÍ
* Hrot páječky při zahřívání oxiduje, takže musí být průběžně čištěn (pilníkem, salmiakem).
* Pokud se cínová pájka roztaví na hrotu páječky, přitisknutém na spojovaný plech, za dobu delší než 5 vteřin, musíme použít páječku s vyšším výkonem.
* Jestliže naopak pájka vytváří kuličky, které “utíkají” po povrchu kovů, je páječka příliš horká, případně materiály nejsou dobře očištěny.
* U starších páječek klasického typu dochází často ke zhoršení kontaktu mezi ochranným vodičem v přívodní šňůře a jejich konstrukcí, takže může dojít k úrazu elektrickým proudem.
* Elektrická páječka používaná ve venkovním prostředí (i na střeše) musí být podle současných předpisů napájena ze zásuvky, které je předřazen proudový chránič.
* Pistolové páječky nedoporučujeme vůbec používat – kromě již uvedených nectností je upevnění pájecích smyček většiny z nich problematické: v místě spojení dochází k úbytkům napětí a nežádoucímu zahřívání spoje.
* Po dokončení pájení je nutné spoj nechat co nejpomaleji vychladnout, jinak nebude lesklý ani pevný.
* Jestliže pájenými díly omylem při letování pohneme, pak spoj musíme opravit opětovným roztavením.
* Při opravách plechových nádob pájením se doporučuje předehřát je na plotýnce elektrického vařiče (nepoužíváme otevřený oheň – plech by oxidoval a nedal by se spájet!).
* Při pájení velkých kovových hmot, kdy používáme chlorzinek, nesmí cínová pájka obsahovat kalafunu nebo jiná tavidla!
* Většina roztoků tavidel, ve kterých je rozpuštěna kalafuna
(líh, isopropanol), patří do 1. třídy hořlavosti.
* Při práci je možné se spálit nejen o páječku, ale i o spojované předměty.
* Roztok chlorzinku je žíravý, takže je třeba s ním pracovat v rukavicích.
1 Pro práce v elektronice jsou nejvhodnější malé páječky, jejichž zdroj je regulovatelný a umožňuje měnit teplotu pájecího hrotu. Některé z nich mají regulační potenciometr cejchovaný přímo ve stupních Celsia, jiné jsou vybaveny displejem, ukazujícím teplotu
2 Základem páječky je transformátor o výkonu 60 až 100 W, jehož sekundární napětí je kolem 1 V. Proud prochází měděným drátem o průměru kolem 1 mm, který se zahřívá na teplotu, při níž se cínová pájka taví. Pájka ve formě dutého drátu, vyplněného pájecím prostředkem, je v tomto případě uložena v krabičce od filmu
3 Klempířské a podobné práce vyžadují páječky s velkou tepelnou kapacitou, schopnou dostatečně prohřát plechy a velké hmoty. Páječky mají příkon 500 až 1000 W a příslušně velké rozměry
