Vakuové pájení

Přichází zprávy, které jsou i pro mě vždy překvapením. Janusz Kowalewski publikoval statistiku využití vakuových pecí pro letecký průmysl v USA.

Na prvním místě s 39% se objevuje pájení. Abych pravdu řekl, tenhle business se v zakázkových kalírnách moc nevyskytuje, a proto je to pro mě překvapením.

Protože v Januszově prezentaci nejsou další detaily, není jasné, jestli se jedná o pájení niklovými pájkami nebo mědí. V prvním případě potřebujeme vakuovou pec s vysokým vakuem, tedy s difuzní vývěvou, ve druhém nám pak pravděpodobně bude stačit primární a Rootsova vývěva.

A jaké jsou požadavky na pec pro pájení niklovými pájkami?

Teplotní pole Class 2, +/- 5 C, na prázdné peci
Minimální vakuum 10^-4 mbar nebo lepší
Chladící plyn argon, dusík
Ochlazovací přetlak 0,7 – 1,0 Bar
Pracovní teplota 600 -1250 C
Topné prvky grafit, alternativě all-metal
Vsázkové termočlánky min. 2, optimálně možnost až 11
Rychlost natékání pece 0,7 Pa/h, pokud nevyhovuje, desorbce 50 °C nad pájecí teplotu, 30 min prodleva
Leak test 1x týdně, nebo po každém přerušení pájecích procesů v řadě za sebou
Rampa ohřevu nejstudenější termočlánek určuje rampu
parciální tlak argon, do 1047°C 200 – 800 µ, tj. 0,26 – 1,16 mbar,
Parciální tlak nad teplotu 1047°C pouze vysoké vakuu
Parciální tlak při předehřevu musí být difuzní vývěva uzavřena z důvodu odpařování pájecího cementu
Čistota plynů min. 99,9995, rosný bod on-line měřený, na záznamu o cyklu, minimálně -60°C,
Čistota plynů pro zvláštní aplikace až -75 až -80°C
Minimální tlak při procesu minimální tlak při finální teplotě 0,5 µ nebo 0,07 Pa, nesmí se překročit

Obr. č. 1 – Vakuové pec TAV H8-s od TAV Vacuum Furnaces instalovaná v Galvamet

Pokud to tedy přeložím, zakázkové kalírny tento typ pecí obvykle nemají. Výjimkou je Galvamet s pecemi od TAV Vacuum Furnaces. Ale ani to nestačí. Je ještě další důvod, asi ještě výraznější, proč aerospace si dělá pájení in-house.

Tím důvodem jsou nároky na přípravu dílů pro pájení, nejdůležitější části pájecího procesu. Samotné pájení je velmi jednoduchý proces (obr. č. 4), pokud máme správnou pec, ale bez té přípravy jsou nám pece k ničemu.

Nejdříve musíme zajistit dokonalou čistotu povrchu, následně pak správně nanést správnou pájku, a v neposlední řadě správně díly sestavit do pájecí sestavy. Pro některé aplikace je to velká věda. A protože tyto činnosti nelze zcela automatizovat, pak reprodukovatelnost významně závisí na lidech a na manuálních činnostech. Osobně jsem kdysi transferoval technologii pájení niklovými pájkami jedné firmy z Kalifornie do Brna, vím tedy o čem mluvím. Nicméně bez transferu člověka, který vlastní know-how na nanesení niklové pájky to bylo skoro nemožné.

Obr. č. 2 – Zlatý poklad firmy, držitel know-how

Obr. č. 3 – Příklad pájecí sestavy pro vakuové pájení

Samotný proces pájení je jednoduchý, má ale jedno úskalí. Kapilární síly. Aby nám díly při pájení neuplavaly, musíme je zatížit. Řadově od desítek do stovek kilo, podle velikosti pájené plochy. Viz příklad na obrázku č. 3