1. Úvod

Technologie pájení hliníkových slitin patří k stěžejním technologiím spojování dílů v automobilním průmyslu. Jednou z aplikací je výroba chladicích systémů vozů FORD [3]. Části chladících soustav jsou pájeny ručně s výskytem vad ve spojích. Tento příspěvek se zabývá studiem a možným odstraněním citovaných problémů.

2. Posouzení současného stavu pájení dílů

Výroba dílů chladicích systémů je rozdělena do několika etap, ke kterým patří: příprava polotovarů - trubek a těles z hliníkové slitiny, čištění dílů před pájením, vlastní pájení, montáž dílů s hadicemi (obr. 1) a zkoušení těsnosti smontovaných celků [4].

Trubky a tělesa jsou vyrobeny z hliníkové slitiny o chem. složením viz tab. 1. Tyto díly jsou po obrábění a ohýbání čištěny v alkalické lázni.

Obr. 1 Rozbočovací díl chladicího systému

Tabulka 1 Chemické složení základního materiálu (hm.%)

Pro pájení dílů je používán ruční způsob nebo automat - karusel, který má šest pracovišť. První pracoviště slouží pro kompletaci dílů. Další dvě pracoviště zajišťují předehřev součástí. Čtvrté pracoviště je pracoviště pro pájení a poslední slouží k ochlazení hotové součásti.

Tabulka 2 Chemická složení přídavných materiálů (hm.%)

Pracoviště pro pájení je vybaveno čtyřmi nahřívacími hořáky a mechanickým podáváním pájky do místa spoje. Teplota v místě pájení je kontrolována termokamerou.

Tavidlo při pájení je používáno Plantra No. 251 firmy FIRINIT Hannover, chemické složení je v tab. 2. Tavidlo je připravováno jako vodní roztok.

Pájka byla podle zadavatele nahrazena z původní, fy J. W. Harris typ 718 Ć 1,2 mm, na pájku AlSi12 fy Thyssen Ć 1,2 mm, chem. složení viz tab. 2 [1,5].

Po zhotovení pájeného spoje je díl ochlazen ve vodní lázni. Rovněž jsou odstraněny zbytky tavidla. Po kompletaci systému je prováděna tlaková zkouška vodou 0,6 MPa a héliová zkouška tlakem 2 MPa.

3. Metalurgie pájených spojů

K metalurgickému posouzení byly dodány spoje: trubka - nátrubek a rozvodný člen - trubka. Jednotlivé díly byly rozřezány v místech vad. Na řezech byly provedeny metalografické výbrusy a naleptána makrostruktura spojů [4]. Tyto jsou dokumentovány na obr. 2 a 3. Na makrosnímcích byla kontrolována kvalita pájeného spoje. V místě pájky se nachází dutiny.

Dalším posouzením vad pájených spojů bylo mikrostrukturní posouzení jednotlivých dílů (obr. 4 – 7). Na mikrosnímcích jsou patrné póry a bubliny uvnitř pájky v případě spoje trubka-těleso (obr. 4 a 5). Bubliny a póry vystupující na povrch pájky byly pozorovány u spoje trubka-nátrubek (obr. 6 a 7). Tyto vady mohou způsobit netěsnosti a možný únik média z chladícího systému.

Vizuálním hodnocením pájeného spoje v dodaném stavu i zjištěný vzhled necelistvostí pájky ve výbrusech podporují domněnku, že v těchto oblastech došlo k napěnění pájky.

Obr. 2 Makrostruktura pájeného spoje trubka-těleso (3x) Obr. 3 Makrostruktura pájeného spoje trubka-nátrubek (3x)

Obr. 4 Mikrostruktura pájeného spoje trubka - těleso (50x) Obr. 5 Mikrostruktura pájeného spoje trubka - těleso (detail) (100x)

Obr. 6 Mikrostruktura pájeného spoje trubka - nátrubek (50x) Obr. 7 Mikrostruktura pájeného spoje trubka - nátrubek (detail) (200x)

4. Rozbor výsledků a návrh opatření při pájení

Hodnocení makro a mikrostruktury potvrdilo výskyt pórů, bublin a necelistvostí v pájeném spoji. Tvar odpovídá napěněné pájce nebo ztuhnutí plynových bublin způsobených tavidlem při chladnutí pájky.

Z výsledků uvedených v kapitole 3 lze v několika bodech shrnout možné problémy a jejich odstranění pří pájení dílů z Al slitiny:

• póry na dodaných spojích nejsou způsobeny nedokonalým čištění dílů před pájením.
• pájka i tavidlo je vhodně voleno vzhledem k základnímu materiálu [2].
• z údajům výrobce o tavidle je nutné sledovat maximální teplotu přehřátí tavidla (max. 700°C) a tím rozkladu na složky HCl a HF. Rovněž reakční dobu tavidla rozpuštěného ve vodě, která je 7,3 - 7,6 s. Pokud se tato doba extrémně překročí, může dojít k rozkladu tavidla na složky i při teplotě nižší a způsobit uvedené problémy. Nemluvě o zdravotním hledisku odpařených sloučenin.
• nečistoty na povrchu základního a přídavného materiálu můžou ovlivnit proces pájení [5].
• nerovnoměrný ohřev pájených může mít za následek místní přehřátí pájky a tavidla, tím pórování spoje a naopak nízká místní teplota může způsobit rychlé chladnutí, tím necelistvosti ve spoji, to vše s ohledem na úzký interval pracovní teploty pájky.

5. Závěr

Při pájení dílů chladicích systémů vozů Ford vyvstalo několik problémů, které způsobují zmetkovitost ve výrobě. Proto bylo cílem této práce zjistit příčinu pórovitosti pájených spojů.

Z výsledků uvedených v kapitole 4 je patrné, že při pájení je nutné sledovat:

• rovnoměrnou teplotu spoje při pájení
• maximální teplotu při pájení, dobu pájení
• čistotu povrchu základního a přídavného materiálu.

Tyto aspekty jsou nejdůležitější k odstranění defektů. Zavedení automatického pájení minimalizovalo citované problémy pájených spojů.

Literatura

1. Katalog přídavných materiálů fy Thyssen
2. HALUZÍKOVÁ, K. Svařitelnost hliníku a hliníkových slitin. In Sborník přednášek odborného semináře Svařovací den 2007: 17. 5. 2007, Hněvkovice. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2007, s. 11-14. ISBN 978-80-248-1435-3.
3. BOŽEK, P. Oceňka ekonomičeskich faktorov ekspluatacii komponentov avtomobilja putem avtomatizirovannovo issledovania. In: Sociaľno-ekonomičeskoje upravlenije: teorija i praktika. - ISSN 1813-7946. - Č. 1-2 (2005), s. 3-9.
4. HUDÁKOVÁ, M., ŽÚBOR, P. Kontrola akosti zvarových spojov zo zliatiny AlMgMnSi1. Quality control of AlMgMnSi1 alloy welding joints. In NDT welding bulletin, 2005, roč. 14, č. 4, s. 20 –25. ISSN 1213-3825.
5. PEŠLOVÁ F., SCHMIDOVÁ E., BENEŠ L. Problematika svařování elektrických součástí lokomotiv z pohledu materiálového inženýrství.In: Sborník přednášek odborného semináře „Svařování v železniční dopravě“, Česká Třebová 18.-19. 2. 2003, s. 63-70. ISBN 80-7194-525-0.