Главная » Трубы

Пайка медных труб твердыми припоями




Пайка меди и труб твердым припоем

Несмотря на свою привычность и обыденность, пайка — это очень сложный физико-химический процесс, в результате которого получается прочное неразъемное соединение.

Пайка применяется не только для металлических изделий.

В быту существует множество ситуаций, в которых бывает необходима пайка меди твердым припоем.

В домашних условиях, с медью вы сталкиваетесь довольно часто.

Она присутствует во всех электроприборах, в некоторых предметах интерьера, системе тепло- и водоснабжения и даже в одежде.

Если говорить о выполнении каких-либо мелких работ, то процесс пайки не будет сопряжен с какими-либо дополнительными действиями.

Будет достаточно обычного паяльника. В этом плане, медь достаточно простой и удобный металл.

Она начинает плавиться при относительно небольших температурах. Поверхность меди очень легко отчищается от загрязнений посредством использования не самых агрессивных веществ.

Существует множество материалов, которые имеют хорошую адгезию с медью.

Еще одним фактором, значительно облегающим работу с медью, является то, что она при нагревании не вступает в бурную реакцию с молекулами кислорода, имеющимися в воздухе.

Как следствие — отпадает необходимость в использовании дорогостоящих флюсов.

Все это говорит в пользу того, что пайка меди твердым припоем может быть легко осуществима при помощи различных припоев, что позволяет придать спайному шву любые необходимые свойства.

Неудивительно, что за счет своих уникальных свойств, медь получила столь широкое распространение. На данный момент, в мире, более 90% всех работ данного типа приходится на медь и медные сплавы.

За счет высокой популярности материала, появилось множество разнообразных способов пайки, каждый из которых отлично подходит для применения в той или иной ситуации.

Большинство из них создано с целью упрощения процесса, при этом не теряя в качестве и надежности соединения.

Для ремонта электроприборов или иных мелких спаечных работ, в качестве припоя подойдет обычная пайка, путем соединения двух деталей расплавленным металлом.

Но в случае с трубами существуют более надежные способы.

Технология пайки твердым припоем

Не смотря на значительную схожесть процессов сварки и пайки, они довольно сильно разнятся в мелких деталях.

Основная разница заключается в том, что при сварке соединение достигается за счет расплавления краев двух металлов и их последующего соединения в процессе остывания. С пайкой меди твердым припоем немного по-другому.

Для лучшего понимания материала статьи ознакомьтесь с видео:

Соединение осуществляется за счет промежуточного материала, который выполняет функции клея. Он имеет значительно меньшую температуру плавления, чем спаиваемые материалы и как следствие расплавляется раньше и быстрее остывает.

Выбор припоя для пайки меди возможен из широкого спектра, но в бытовых условиях проще всего использовать олово или никель.

Данные металлы легкодоступны и прочности создаваемого соединения будет вполне достаточно для большинства случаев.

Процесс сварки твердым припоем достаточно прост — припой расплавляется при помощи паяльного инструмента и помещается между двумя деталями, которые необходимо соединить.

После остывания получается довольно прочное соединение.

В общем виде, технология сильно напоминает склеивание, только клей достаточно быстро теряет свои свойства, так что в процессе иногда возникает необходимость подправлять материал.

Пайка труб из меди

Засчет отличной прочности, слабой окисляемости и простоты в работе, трубопроводы из меди стали очень популярны.

Одним из самых распространенных способов, которым осуществляется пайка медных труб твердым припоем, является, так называемая, капиллярная пайка.

Эта технология бы придумана на основе любопытного эффекта, который возникает в месте соприкосновения основного металла и припоя.

Видео инструкция:

За счет образования миниатюрных сосудов (капилляров), сила натяжения в месте пайки значительно возрастает, относительно силы натяжения самого припоя.

Как следствие материал намертво прилипает и соединение получается значительно прочнее, нежели при обычном способе пайки.

Для того, чтобы пайка медных труб твердым припоем осуществилась капиллярным способом, необходимо соблюсти ряд важных условий, которые усилят получаемый при пайке эффект.

Для получения данного эффекта, используют телескопические соединения. При помещении медной трубы в фитинг, между внешним диаметром трубы и внутренним диаметром фитинга остается зазор не более 0,4 мм.

Данный зазор позволяет припою равномерно распределиться по всей поверхности трубы и обеспечить небольшую капиллярную систему, которой будет достаточно для создания сверхпрочного соединения.

Пайка меди

В отличие от стали, медь в большинстве случаев целесообразнее паять, чем варить. Особенно, если дело касается тонкостенных медных труб, используемых для различных систем - водопроводных, отопительных, холодильных, газовых. Эта целесообразность обусловлена целым рядом особенностей. Во-первых, медь и ее сплавы гораздо проще паять, чем сваривать. Справиться с пайкой меди при определенном старании может даже новичок, в то время как сварить ее без основательной подготовки вряд ли получится. Пайка не изменяет структуру металла, не требует дорогостоящего оборудования, как того требует сварка. Ну и, наконец, паяные соединения при соблюдении технологии и применении подходящих материалов получаются достаточно прочными и термостойкими, чтобы выдержать предназначенную им механическую и тепловую нагрузку.

Чаще всего, в домашних условиях, возникает необходимость пайки медных труб, при монтаже водопроводов или отопительных систем. Медь является хорошим материалом для водопроводных труб. Она не поддается коррозии, имеет гладкую поверхность, обеспечивающую хороший ток воды, не зарастает отложениями, не только не содержит вредных веществ, но даже обладает бактерицидными свойствами. Медный водопровод способен прослужить очень долго, 50 лет и более.

Пайка медных труб

Немного теории

Господствующее мнение о хорошей паяемости меди и ее сплавов верно лишь в том случае, когда речь идет о самой меди и ее сплавах с цинком, оловом, свинцом, фосфором, сурьмой, железом, никелем, марганцем. Эти металлы в самом деле имеют окислы, относительно легко удаляемые флюсами. Но медные сплавы, легированные хромом, алюминием, кремнием, титаном и некоторыми другими элементами, имеют на своей поверхности трудно растворимые флюсами оксиды. По счастью, чаще приходится иметь дело не с ними, а с технически чистой медью или теми ее сплавами, которые образуют легкоудаляемые оксиды. Так что утверждение о том, что пайка меди не доставляет особых хлопот, в большинстве случаев можно считать верным.

При пайке вообще и медных трубок в частности, используются обычно нахлесточные типы соединений. Они позволяют обеспечить достаточную прочность конструкции даже в том случае, если используются обладающие относительно малой прочностью мягкие припои. Считается, что для обеспечения удовлетворительной прочности паяного соединения, нахлест должен быть не менее 5 мм. На практике применяются обычно гораздо более высокие значения, что и обеспечивает хороший запас прочности.

Взаимное перекрытие элементов в трубопроводе обеспечивается за счет использования фитингов или операций расширения и отбортовки труб. Части труб и фитингов вставляются друг в друга. При этом между соединяемыми элементами обеспечивается как раз такой зазор (0,1-0,2 мм), который необходим для действия капиллярных сил, являющихся необходимым условием для большинства видов пайки. Под их действием расплавленный припой самопроизвольно втягивается в зазор, равномерно распределятся по всей поверхности контакта и плотно герметизирует соединение. Капиллярные силы позволяют подавать припой снизу.

Пайка медных труб

Медные трубы

Химический состав металла, идущего на производство медных труб, регламентируется в России ГОСТом 859-2001. Согласно ему во всех марках меди содержание Cu (+Ag) составляет более 99%. Допустимы небольшие примеси железа, олова, свинца, сурьмы и прочих элементов.

Медные трубы бывают отожженными (мягкими) и неотожженными (твердыми). Первые получаются в результате отжига - нагрева до 600-700°C с постепенным охлаждением. Эта операция возвращает меди ее природную пластичность, потерянную при механической обработке (штамповке или прокатке) во время изготовления.

Отожженная труба имеет некоторые технологические преимущества перед неотожженной. Проигрывая ей в прочности, она намного превосходит ее в пластичности. Значение ее удлинения при разрыве может достигать 40-60%. Это означает, что отожженную трубу при необходимости можно гнуть, не опасаясь разрыва. Соблюдая при этом, конечно, определенные соотношения между диаметром трубы и радиусом гибки (R=3d-8d, в зависимости от способа гибки). Медные отожженные трубы могут избавить от разрыва водопровода при его случайном замораживании - благодаря пластической деформации металла, не позволяющей трубе разорваться. Тот, кто хоть раз сталкивался с заменой стальных замороженных труб, способен в полной мере оценить это достоинство.

Отожженные трубы поставляются в бухтах по 50 и 25 м, неотожженные - в виде мерных кусков (штанг) длиной 3 и 5 м.

Неотожженные и отожженные медные трубы

Способы соединения труб

Самый удобный способ соединения медных труб - с помощью фитингов, которых выпускается множество. При всем обилии видов этих деталей, основных форм, используемых чаще всего, всего три: тройники (обеспечивают ответвления от трубы), углы (изменяют направление трубопровода на 90°) и муфты (соединяют две трубы).

Медные фитинги под пайку

При желании можно обойтись вообще без фитингов или, во всяком случае, их минимальным количеством. Правда, для этого нужно иметь специальный недешевый инструмент, позволяющий выполнять с трубами определенные операции, - а именно, гибку, расширение и отбортовку. Используя гибку, можно обойтись без фитингов-углов. Расширение (увеличение диаметра конца трубы) позволяет обойтись при пайке труб без муфт. Применяя отбортовку, можно отказаться от приобретения тройников (или углов, если обрезать трубу и установить на ее конец заглушку). Необходимо только иметь в виду, что при использовании отбортовки отводная труба должна быть меньшего диаметра, чем магистральная.

Чтобы выполнять все эти операции с трубами, необходимо иметь ручные или электрические приспособления: трубогиб, отбортовщик и расширитель.

При использовании трубогибов радиус изгиба должен быть не менее чем 3,5d (d - диаметр трубы) при диаметре до 15 мм, и 4d при диаметре 18 мм. При использовании сгибающей пружины - не менее чем 6d.

Ручной трубогиб

Пружины для гибки медных труб

Фирменные трубогибы стоят недешево, поэтому возможно будет полезна информация про самодельные трубогибы .

Чрезмерно малый радиус может привести к разрыву или сплющиванию трубы. Отожженные трубы можно гнуть с меньшим радиусом, но крутой сгиб (менее 3d), с точки зрения потока, неблагоприятен. Отожженные трубы можно также осторожно гнуть руками. В этом случаи, во избежание сплющивания, радиус изгиба должен быть не менее чем 8d.

Плохо выполненные сгибы, при которых труба сплющилась и поперечное сечение потеряло круглую форму или внутренняя поверхность сгиба собралась гармошкой, вызывают турбулентные потоки в сгибе трубы, что приводит к эрозийно-коррозийным повреждениям.

Неотожженную (твердую) трубу, до диаметра 18 мм, можно сгибать в холодном состоянии трубогибом. Трубы большего диаметра перед сгибанием следует смягчать при температуре 500-600°С.

Работа расширителя (экспандера) основана на раздвигании в радиальном направлении сегментов кулачкового механизма, вставленного внутрь трубы. Расширяемая медная труба должна быть отожженной (мягкой). Благодаря системе рычагов, при нажатии на рукоятки инструмента создается необходимое усилие, требующееся для пластической деформации металла. Все очень просто - вставил кулачковый наконечник в трубу, сжал рукоятки и получил раструб, в который можно вставлять трубу такого же диаметра. Из отрезка трубы можно сделать муфту, расширив оба конца заготовки. При необходимости конец неотожженной (твердой) трубы можно отжечь самостоятельно.

Экспандер для расширения труб

Операция отбортовки несколько сложнее операции расширения. Она состоит из двух этапов: сверления отверстия специальным калибровочным сверлом и непосредственно самой отбортовки. После того как отверстие будет просверлено, необходимо вставить в него оправку с раздвижными, смазанными консистентной смазкой усиками, и закрепить на ней наружную часть устройства, служащую упором при вытяжке. После чего к наружной части подсоединяется электроинструмент. Вращение шпинделя вытягивает оправку из отверстия. При этом раздвинутыми усиками осуществляется отбортовка - загиб наружу кромки просверленного отверстия.

Отбортовка труб

Отбортовка труб

Теперь в трубу можно вставлять отвод, представляющий собой отрезок трубы меньшего диаметра. Чтобы он не выступал изнутри слишком сильно и не препятствовал движению воды, на его стенках с помощью специального инструмента формируют два выступа. Последние упираются в раструб, обеспечивая погружение отвода в отверстие на строго определенную глубину.

Описанный способ отбортовки предполагает использование электроинструмента, но есть и ручные модели.

Ручной отбортовщик

Припои и флюсы

Медь и ее сплавы можно паять как низкотемпературной, так и высокотемпературной пайкой. Существует достаточное количества мягких и твердых припоев, обеспечивающих хорошее качество пайки труб.

Использование низкотемпературных припоев позволяет выполнять пайку при температуре, которая мало влияет на прочность меди, но они дают шов с худшими механическими характеристиками. Припои для высокотемпературной пайки дают большую прочность шва и допускают высокую температуру эксплуатации системы, но при этом происходит отжиг меди и требуется больший навык, так как легко пережечь металл.

Низкотемпературная пайка наиболее востребована в водоснабжении и отоплении. Есть много низкотемпературных бессвинцовых припоев, обеспечивающих достаточно хорошее качество медной пайки. Это сплавы олова с сурьмой, медью, серебром, висмутом, селеном. Основную часть (до 95-97%) в них составляет олово, остальную - прочие элементы. Наилучшими технологическими свойствами обладают серебросодержащие припои, например, S-Sn97Ag3, содержащий 97% олова и 3% серебра. Несколько худшими, но достаточно хорошими качествами обладают медьсодержащие припои, в частности S-Sn97Cu3 (97% олова и 3% меди). Есть трехкомпонентные припои, содержащие олово, серебро и медь (например, состав с 95,5% олова, 3,8% серебра и 0,7% меди). Наиболее универсальным и широко используемым является оловянно-медный припой. Недостатком оловянно-серебряных сплавов является более высокая стоимость по сравнению с оловянно-медными сплавами.

Припой S-Sn97Ag3 содержащий 97% олова и 3% серебра

Припой S-Sn97Cu3 содержащий 97% олова и 3% меди

Эти составы припоев дают хорошее качество шва и отвечают всем требования по прочности, долговечности и надежности водопроводов и систем отопления. Припои других составов практически не используются.

Вообще-то для низкотемпературной пайки меди подходят и свинцово-оловянные припои, но если паяется трубопровод для питьевой воды, от них необходимо отказаться из-за вредности свинца.

В качестве флюсов для низкотемпературной пайки применяются в основном составы, содержащие хлорид цинка. Однако вряд ли стоит при покупке флюса уделять особое внимание его составу. Для пайки меди существует множество эффективных флюсов, нужно просто приобрести любой состав, предназначенный для этого. Например, F-SW 21 или канифольно-вазелиновую пасту, состоящую из канифоли, хлористого цинка и технического вазелина. Форма в виде пасты - самая удобная для нанесения на детали.

Флюс F-SW 21

С учетом большой площади контакта элементов трубопровода, низкотемпературные припои обеспечивают достаточную прочность соединений. Прибегать к высокотемпературным припоям имеет смысл лишь в тех случаях, когда в этом есть особая необходимость. Например, если предполагается эксплуатация паяного трубопровода при высоких (выше 110°C) температурах - в отопительных системах с использованием пара высокого давления или иных случаях. Для пайки газопроводов из медных труб применяется только высокотемпературная пайка, как соединение с наибольшей прочностью и надежностью, низкотемпературная пайка в газоснабжении не используется.

Нижеследующая таблица содержит значения допустимых давлений в трубопроводах из медных труб диаметром 6-28 мм, паянных низкотемпературными (мягкими) и высокотемпературными (твердыми) припоями.

Источники: http://stoydiz.ru/strojmaterialy/payka-medi-i-trub-tverdim-pripoem.html, http://tool-land.ru/payka-mednykh-trub.php


Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением