titProtikorózna 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). Tepelná energia, ktorá je potrebná na tavenie spájky a ohrev základného materiálu, musí byť privádzaná do miesta spoja tak, aby nedošlo k porušeniu Zn vrstvy.

Materiál a metódy
Ako základný materiál sme vybrali obojstranne žiarovo pozinkovaný plech EN 10142/2000 DX52D + Z, ktorého chemické zloženie a mechanické vlastnosti sú uvedené v tab.1.

Tab. 1: Chemické zloženie a mechanické vlastnosti základného materiálu
tab1

 

Hrúbka plechu bola t = 0,8 mm a hrúbka pozinkovanej vrstvy sa pohybovala od 13 μm do 16 μm (obr. 1).

obr1
Obr. 1: Hrúbka vrstvy zinku

 

Na spájkovanie sme použili prídavný materiál DIN 1733 SG CuSi3, ktorého chemické zloženie a mechanické vlastnosti sú uvedené v tab. 2. Spájkovací drôt sme zvolili s priemerom Ø = 0,8 mm.

Tab. 2: Chemické zloženie a mechanické vlastnosti SG CuSi3
tab2

 

Príprava vzoriek
Z tabule plechu boli nastrihané plechy na spájkovanie s rozmermi 120x50 mm. Takto nastrihané plechy boli očistené od prípadných mastnôt a nečistôt acetónom. 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. Parametre, ktoré boli pre CMT spájkovanie, sú uvedené v tab. 3.

Tab. 3: Parametre pre CMT spájkovanie
tab3


Merný tepelný príkon sme vypočítali podľa vzťahu:

rov

Vzorky boli hodnotené makroskopickou a mikroskopickou analýzou.

V makroskopickej analýze sa hodnotili spoje voľným okom, pri hodnotení sa využila norma STN EN ISO 18279 pre spájkované spoje. Na zhotovenie makroskopických snímok sa použila optická lupa OLYMPUS SZX 12, zväčšenie sa nastavilo podľa potreby. Pri makroskopických snímkach sa hodnotila súvislosť a stav Zn vrstvy, určili sa tiež chyby podľa noriem STN EN ISO 18279 pre spájkované spoje.
Mikroskopická analýza sa uskutočnila pomocou svetelného mikroskopu OLYMPUS IX 70. Na vyznačených miestach z makroskopickej analýzy sa urobili detailnejšie snímky, z ktorých sa hodnotil stav a celistvosť Zn vrstvy.

VÝSLEDKY
Účelom vyhotovenia makroskopickej a mikroskopickej analýzy jednotlivých spojov pozinkovaných plechov bola možnosť posúdiť vplyv použitej metódy CMT a množstvo vneseného tepla na základe zmeny prúdového zaťaženia v oblúku na kvalitu a celistvosť pozinkovanej vrstvy.

obr2
Obr. 2: Makroskopická snímka vzorky 1

 

Z makroskopickej snímky obr. 2 vzorky 1 môžeme povedať, že zinková vrstva sa zachovala prevažne v neporušenom stave, ale sú miesta, kde vidíme zhluky Zn. Tieto zhluky sú zapríčinené roztavením a následným stuhnutím Zn.

obr3
Obr. 3: Makroskopická snímka vzorky 2

 

Na makro snímke obr. 3 vzorky 2 môžeme vidieť, že na vrchnom plechu došlo k porušeniu Zn vrstvy pri prechode spájka ZM, v tejto oblasti sú aj viditeľné zhluky Zn. Na spodnom plechu sa zachovala väčšia časť Zn vrstvy, ale tiež nie je celistvá; pozorujeme aj zhluky Zn. Najvyšší úbytok Zn je vidieť pod spojom.

obr4
Obr. 4: Makroskopická snímka vzorky 3

 

Z makro snímky vzorky 3 na obr. 4 vidíme, že celistvosť Zn vrstvy bola zachovaná, ale došlo k zúženiu hrúbky v okolí spoja a pod spojom. V priestore medzi plechmi vidíme veľké množstvo Zn, tvorené prevažne zhlukmi Zn.

obr5

Obr. 5: Mikroštruktúra spájkovaného spoja, a – detail „1“ vzorky 1,
b – detail „2“ vzorky 1

 

Na obr. 5a vidíme, že na vrchnej strane plechu došlo k odpareniu Zn pri prechode spájka – ZM a tým k porušeniu celistvosti zinkovej vrstvy. Na spodnej strane plechu došlo k zníženiu hrúbky Zn a v oblasti pod spájkou k jeho odpareniu. Na detaile „2“ vzorky 1 obr. 5b vidíme, že na vrchnom plechu došlo k odpareniu Zn povlaku a je vidieť iba zhluk Zn. V priestore medzi plechmi došlo taktiež k odpareniu zinku, kde sú vidieť iba zhluky zinku. Na spodnom plechu zdola vidíme, že tam tiež ako pri detaile „1“ došlo k výraznému zníženiu hrúbky.

obr6

Obr. 6: Mikroštruktúra spájkovaného spoja, a – detail „1“ vzorky 2,
b – detail „2“ vzorky 2

 

Na obr. 6a detail „1“ vzorky 2. vidíme, že na vrchnej časti došlo od prechodu ZM a spájky k odpareniu Zn povlaku v dĺžke cca 1,1 mm, spodná časť si zachovala celistvosť, ale došlo k úbytku hrúbky Zn povlaku. Pri detaile „2“ vzorky 2 na obr. 6b vidíme zhluky Zn v oblasti prechodu spájka – ZM. V časti, kde sú plechy tesne pri sebe, sa povlak Zn zachoval. Na spodnom plechu zospodu sa Zn povlak zachoval len čiastočne.

obr7

Obr. 7: Mikroštruktúra spájkovaného spoja, a – detail „1“ vzorky 3,
b – detail „2“ vzorky 3

 

Pri detaile „1“ vzorky 3 na obr. 7a vidíme, že sa nezachoval žiadny súvislý povlak Zn. Vidíme len menší zhluk Zn na spodnej strane plechu. Na detaile „2“ vzorky 3 obr. 7b vidíme pomerne zachovalú vrstvu zinku na oboch plechoch. Došlo len k zmene hrúbky vrstvy premiestnením Zn. Odparenie zinkového povlaku vidíme len na spodnom plechu pod spojom.
Najlepšie sa vrstva zinku zachovala na vzorkách 1 a 3 na vzorke 2 došlo k najväčšiemu úbytku Zn pri prechode spájka – ZM.
Pri všetkých vzorkách môžeme konštatovať, že sa nezachovala celistvá vrstva zinkového povlaku. Rovnako možno povedať, že pri všetkých vzorkách došlo k najväčšiemu odpareniu Zn povlaku pri prechode medzi spájkou a ZM. Najviac sa zachoval Zn povlak v priestore medzi plechmi. To možno vysvetliť tým, že výpary zinku nemali kam uniknúť.
Makroskopická a mikroskopická analýza vzoriek spájkovaných v atmosfére Ar pri rôznych prúdových zaťaženiach (tab. 4) potvrdila, že je nutné dodržať čo najmenší tepelný príkon vzhľadom na to, aby sa minimalizoval rozstrek spájky, ktorá sa dá odstrániť len brúsením, čo by viedlo k poškodeniu vrstvy Zn, ako aj zníženie množstva odpareného zinku.

obr8

Záver
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. Z tohto sa naplnil predpoklad aspoň čiastočného zachovania zinkovej vrstvy.

TEXT/FOTO: Ivan KOVÁČ, Marián VYŽINKÁR, Milan PENIAŠKO, Katedra kvality a strojárskych technológií TF SPU v Nitre

Recenzent/Reviewer: Ing. Jaroslav Matej, PhD.

Poďakovanie
Príspevok je súčasťou riešenia projektu KEGA č. 008TU Z-4/2016 s názvom „Nové formy a metódy výučby v oblasti bezpečnosti strojových zariadení“.

Literatúra:
[1] KOLEŇÁK, R.; RUŢA, V.: Spájkovanie materiálov. Bratislava: Slovenská Technická univerzita, 2007. 151 s. ISBN 978-80-227-2705-1
[2] SEJČ, P.: Optimalizácia vybraných parametrov oblúkového MIG/MAG spájkovania pozinkovaných plechov. Zváranie – Svařování 53, 2004, č. 3, str. 57 – 62.
[3] Praktické problémy pri oblúkovom zváraní pozinkovaných plechov a obecné možnosti ich riešenia [s. a.] [online] [cit. 2012 – 26 – 02]. Dostupné na internete.
[4] SEJČ, Pavol. 2012. Oblúkové zváranie a spájkovanie pozinkovaných oceľových plechov. Bratislava: STU, 2012. 174 s. ISBN 978-80-227-3783-8
[5] VOTAVA, J.; ŽÁK, M.; KOTUS, M.: 2013. Influence of used steel on quality and tolerance of zinc coating to corrosion. In Deterioration, dependability, diagnostics. 1. vyd. 329 p. Brno: Vysoké učení technické, 2013. p.47 – 52. ISBN 978-80-7231-939-8.
[6] KOTUS, M. – MACHO, P. 2010. Využitie metód navárania MIG, MAG v podmienkach abrazívneho opotrebenia. In XII. medzinárodná vedecká konferencia mladých 2010. Nitra: SPU, 2010. s.103-108. ISBN 978-80-552-0441-3.
[7] VOTAVA, J. – FAJMAN, M. – KOTUS, M. 2012. Mechanické a korozní vlastnosti kovových povlaků na bázi zinku. In Technika v technológiách agrosektora 2012. Nitra: SPU, 2012. s.234 – 239. ISBN 978-80-552-0895-4.
[8] MIKUŠ, R.; ŽERNOVIČ, M.: 2007. Mechanické vlastnosti spojov tenkých pozinkovaných plechov. In: Kvalita a spoľahlivosť technických systémov: 12. medzinárodná vedecká konferencia, Nitra. Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2007. ISBN 978-80-8069-890-4., s. 113 – 116.