Пайка медных труб — несколько способов реализации. Пайка труб из меди Особенности мягкой пайки

Домашние мастера стараются выполнять строительные и ремонтные работы самостоятельно, что позволяет не только сэкономить семейный бюджет, но и быть абсолютно уверенным в качественном результате. Поэтому им приходиться овладевать новыми для себя методиками и технологиями – такими, как пайка медных труб.

Мы расскажем, как производится сборка и соединения коммуникаций из медных труб. У нас вы узнаете, какие расходные материалы и инструменты потребуются исполнителю. Полезные даже в быту навыки дадут возможность самостоятельно собирать трубопроводы с отличными эксплуатационными характеристиками.

Медные трубопроводы на практике используются редко. Причина тому – довольно высокая стоимость материалов. Однако трубопроводы из меди по праву считаются лучшими.

Этот металл превосходит все остальные материалы по термостойкости, гибкости и долговечности. после сборки можно заливать в бетон, прятать в стены и т.д. В процессе эксплуатации с ними ничего не случится.

Трубопроводы из меди считаются лучшими, так как срок их службы сопоставим со сроком эксплуатации здания, в котором они установлены

Это стоит учесть, выбирая материал для обустройства отопления или водопровода. В расчете на длительную эксплуатацию более высокие затраты вполне окупаемы. Помимо отличных эксплуатационных характеристик, которыми обладает медь, она достаточно проста в монтаже. «Страшные сказки» про трудности в пайке чаще всего преувеличены.

Медь достаточно просто паять. Ее поверхность не нуждается в применении агрессивных средств при очистке. Множество легкоплавких металлов имеет с нею высокую адгезию, что упрощает выбор припоя.

Дорогостоящие флюсы меди не нужны, поскольку при плавлении металла не происходит бурных реакций с кислородом. В процессе пайки труба не деформируется, ее форма и размеры остаются неизменными. Получившийся шов при необходимости можно распаять.

Способы паяния деталей из меди

Пайка считается оптимальным методом соединения медных деталей. В процессе работы расплавленный припой заполняет небольшой зазор между элементами, образуя при этом надежное соединение.

Наиболее распространены два способа получения таких соединений. Это высокотемпературная и низкотемпературная капиллярная пайка. Разберем, чем же они отличаются друг от друга.

Галерея изображений

Медные трубы можно паять двумя способами: высокотемпературной и низкотемпературной пайкой. Первый вариант пайки применяют в случае повышенной нагрузки на трубопровод из меди. В большинстве бытовых случаев используют низкотемпературную пайку. Ниже будут подробно рассмотрены этапы осуществления пайки медного трубопровода.

Подготовительные работы

В процессе капиллярной пайки медных труб главным условием является присутствие между двух соединяемых поверхностей постоянного зазора. Следовательно, у обеих поверхностей форма должна быть строго цилиндрической. В процессе нарезки труб из меди могут появляться три дефекта, которые могут быть исправлены: заусенцы, деформация трубы, неровный рез. У медной трубы поверхность реза должна быть перпендикулярной оси. Чтобы избежать неровного реза, надо использовать специальный отрезной инструмент. Заусенцы удаляются путем счистки, деформация трубы устраняется посредством ручного шаблона.

На силу сцепления припоя оказывает влияние чистота спаиваемых поверхностей. На поверхности труб могут быть различные загрязнения, окисная пленка. И поверхность фитинга, и поверхность трубы необходимо зачистить металлической щеткой либо наждачной бумагой. После этого, чтобы удалить остатки абразива и загрязнений, поверхности участков пайки протирают сухой ветошью.

Чтобы избежать окисления зачищенной поверхности медной трубы, на нее сразу наносят флюс. Флюсы представляют собой вещества, проявляющие химическую активность и используемые для того, чтобы улучшить растекание жидкого припоя по поверхности паяемой, а также для очистки поверхности металла от загрязнений и окислов. Флюс надо наносить лишь на поясок трубы (без излишков), который будет соединяться с раструбом либо фитингом. Нельзя наносить флюс внутрь раструба либо фитинга либо соединения, поскольку флюс поглощает некоторое количество окислов, увеличивая при этом свою вязкость.

Когда флюс нанесен, рекомендуется сразу же соединять детали – это позволит исключить попадание посторонних частиц на влажную поверхность. Если пайка медных труб по какой-либо причине будет выполняться позже, тогда детали лучше собрать. Советуем трубу повернуть в раструбе либо фитинге, либо же наоборот – раструб вокруг оси трубы. Это позволит быть уверенным в том, что флюс в монтажном зазоре распределился равномерно и почувствовать, что труба достигла упора. После этого ветошью надо удалить видимые остатки флюса. Теперь соединение считается готовым к нагреву.

Обычно для мягкой пайки труб из меди нагрев осуществляют посредством пропановых горелок (пропан-бутан-воздух либо пропан-воздух). При данном способе пайки температура разогрева составляет от 2000С до 2500С. Между поверхностью соединения и пламенем пятно контакта постоянно перемещают. Это позволяет достигать равномерного нагревания всего соединения. При этом иногда прутком припоя касаются капиллярной щели. Достаточность нагрева с практикой определяют по окраске поверхности и возникновению дыма флюса. Электронагревание соединения принципиально в пайке медных труб не отличается.

Как правило, для мягкой пайки используют припои типа S-Sn97Ag5 (L-SnAg5) либо S-Sn97Cu3 (L-SnCu3), которые обладают высокими технологическими свойствами, а также обеспечивают высокую коррозионную стойкость и прочность соединения.

Если во время контрольного касания прутком припой еще не плавится, то нагрев продолжают. Не следует прогревать пруток подаваемого припоя. Помните об обязательном перемещении пламени – тем самым вы избегните перегревания какого-либо отдельного участка соединения. Когда припой начал плавиться, надо отвести пламя в строну и позволить припою наполнить капиллярный (монтажный) зазор.

Благодаря капиллярному эффекту заполнение капиллярного (монтажного) зазора осуществляется полностью и автоматически. Не надо вводить излишнее количество припоя, т.к. это может вызвать затекание излишков внутрь соединения.

При применении прутков припоя со стандартным диаметром от 3мм до 2,5мм, количество припоя примерно равняется диаметру медной трубы. Требуемый участок припоя, как правило, по длине отгибают в форме буквы «Г».

Твердую пайку медных труб осуществляют только газопламенным способом (ацетилен-воздух, пропан-кислород, допускается ацетилен-кислород), поскольку разогрев труб должен достигать температуры 7000С. Применение медно-фосфорного припоя позволяет осуществлять пайку без флюса. Благодаря тому, что паечный шов получается значительно прочнее, то ширину спаивания можно немного уменьшить (в сравнении с пайкой мягкой). Чтобы производить твердую пайку, требуется наличие высокой квалификации и опыта, иначе трубу можно легко перегреть и создать разрыв.

Надо, чтобы пламя горелки было «нормальным» (нейтральным). В сбалансированной газовой смеси содержится равное количество газообразного топлива и кислорода, благодаря чему пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси факел пламени горелки обладает ярко синим цветом и небольшой величиной.

Соединяемые элементы труб надо нагревать равномерно по всей длине и окружности соединения. Соединяющиеся трубы в месте их соединения нагревают пламенем горелки до появления темно-вишневого цвета (температура от 7500С до 9000С). При этом надо равномерно распределять теплоту. Пайку можно выполнять в каком угодно пространственном расположении соединяемых элементов.

В случае, когда труба внутренняя уже разогрета до паечной температуры, а труба наружная обладает более низкой температурой, то расплавившийся припой перемещается к источнику теплоты, а в зазор между соединяемыми элементами не затекает.

Если же всю поверхность концов соединяемых медных труб разогревать равномерно, то поданный к краю раструба припой расплавляется под влиянием их теплоты, после чего равномерно идет в зазор соединения. Достаточно прогретыми для пайки считаются те трубы, которые плавят контактирующий с ними пруток твердого припоя. Чтобы улучшить пайку, пруток припоя предварительно немного прогревают пламенем горелки.
Промышленностью выпускаются малогабаритные газовые горелки, оснащенные одноразовыми баллончиками. Посредством них можно выполнять нагрев и для мягкой, и для твердой пайки.

Финишные работы

После того, как паечные работы проведены, соединению надо обеспечить неподвижность до того момента, как затвердеет припой. Когда соединение остынет, надо изнутри и снаружи ветошью удалить остатки флюса методом промывки. Затем систему опрессовывают на наличие подтеканий. Опрессовку осуществляют способом создания в изготовленном трубопроводе давления.

Как способ неразъемного соединения металлов пайка известна с давних пор. Паяными металлическими изделиями пользовались в Вавилоне, Древнем Египте, Риме и Греции. Удивительно, но за тысячелетия, прошедшие с тех пор, технология пайки изменилась не так сильно, как этого можно было бы ожидать.

Пайкой называется процесс соединения металлов посредством введенного между ними расплавленного связующего материала - припоя. Последний заполняет зазор между соединяемыми деталями и, застывая, прочно соединяется с ними, образуя неразъемное соединение.

При пайке припой нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления, но не достигающей точки плавления металла соединяемых деталей. Становясь жидким, припой смачивает поверхности и заполняет все зазоры за счет действия капиллярных сил. Происходит растворение основного материала в припое и их взаимная диффузия. Застывая, припой прочно сцепляется с паяемыми деталями.

При пайке должно выполняться следующее температурное условие: Т 1 <Т 2 <Т 3 <Т 4 , где:

• Т 1 - температура, при которой паяное соединение работает;
• Т 2 - температура плавления припоя;
• Т 3 - температура нагрева при пайке;
• Т 4 - температура плавления соединимых деталей.

Отличия пайки от сварки

Отсутствие расплавления основного металла делает возможным соединение пайкой деталей самых маленьких размеров, а также многократное разъединение и соединение спаянных деталей без нарушения их целостности.

Из-за того, что основной металл не расплавляется, его структура и механические свойства остаются неизменными, отсутствует деформация паяемых деталей, выдерживаются формы и размеры получаемого изделия.

Пайка позволяет соединять металлы (и даже неметаллы) в любом сочетании друг с другом.

При всех своих достоинствах пайка все же уступает сварке по прочности и надежности соединения. Из-за низкой механической прочности мягкого припоя, низкотемпературная пайка встык является непрочной, поэтому для достижения необходимой прочности детали необходимо соединять с перекрытием.

Применение пайки широко и многообразно. Ею соединяют медные трубы в теплообменниках, холодильных установках и всевозможных системах, транспортирующих жидкие и газообразные среды. Пайка является основным способом крепления твердосплавных пластин к металлорежущему инструменту. При кузовных работах с ее помощью крепят тонкостенные детали к тонкому листу. В виде лужения используют для защиты некоторых конструкций от коррозии.

Широко используется пайка и в домашних условиях. Ею можно соединять между собой детали из различных металлов, уплотнять резьбовые соединения, устранять пористость поверхностей, обеспечивать плотную посадку втулки разболтавшегося подшипника. Везде, где использование сварки, болтов, заклепок или обычного клея по каким-либо причинам невозможно, затруднительно или нецелесообразно, пайка, сделанная даже своими руками, оказывается спасительным выходом из ситуации.

Виды пайки

Одной из основных является классификация пайки по температуре плавления используемого припоя. В зависимости от этого параметра пайку подразделяют на низкотемпературную (используются припои с температурой плавления до 450°C) и высокотемпературную (температура плавления припоев выше 450°C).

Низкотемпературная пайка более экономична и проста в исполнении, чем высокотемпературная. Ее преимуществом является возможность применения на миниатюрных деталях и тонких пленках. Хорошая тепло- и электропроводность припоев, простота выполнения процесса пайки, возможность соединения разнородных материалов обеспечивают низкотемпературной пайке ведущую роль при создании изделий в электронике и микроэлектронике.

К преимуществам высокотемпературной пайки относится возможность изготовления соединений, выдерживающих большую нагрузку, в том числе и ударную, а также получение вакуумно-плотных и герметичных соединений, работающих в условиях высоких давлений. Основными способами нагрева при высокотемпературной пайке, в единичном и мелкосерийном производстве, является нагрев газовыми горелками, индукционными токами средней и высокой частоты.

Композиционная пайка применяется при пайке изделий, имеющих некапиллярные или неравномерные зазоры. Она осуществляется с использованием композиционных припоев, состоящих из наполнителя и легкоплавкой составляющей. Наполнитель имеет температуру плавления выше температуры пайки, поэтому он не расплавляется, а лишь заполняет собой зазоры между паяемыми изделиями, служа средой распространения легкоплавкой составляющей.

По характеру получения припоя различают следующие виды пайки.

Пайка готовым припоем - самый распространенный вид пайки. Готовый припой расплавляется нагревом, заполняет зазор между соединяемыми деталями и удерживается в нем благодаря капиллярным силам. Последние играют очень важную роль в технологии пайки. Они заставляют расплавленный припой проникать в самые узкие щели соединения, обеспечивая его прочность.

Реакционно-флюсовая пайка , характеризующаяся протеканием реакции вытеснения между основным металлом и флюсом, в результате которой образуется припой. Наиболее известная реакция при реакционно-флюсовой пайке: 3ZnCl 2 (флюс) + 2Al (соединяемый металл) = 2AlCl 3 + Zn (припой).

Чтобы паять металл, кроме подготовленных соответствующим образом паяемых изделий необходимо иметь источник тепла, припой и флюс.

Источники тепла

Нагрев паяльником осуществляют при низкотемпературной пайке. Паяльник нагревает металл и припой за счет тепловой энергии, аккумулированной в массе его металлического наконечника. Кончик паяльника прижимается к металлу, в результате чего происходит нагрев последнего и расплавление припоя. Паяльник может быть не только электрическим, но и газовым.

Газовые горелки - наиболее универсальный вид нагревательного оборудования. К этой категории можно отнести и паяльные лампы, заправляемые бензином или керосином (в зависимости от типа паяльной лампы). В качестве горючих газов и жидкостей в горелках может использоваться ацетилен, пропан-бутановая смесь, метан, бензин, керосин и пр. Газовая пайка может быть как низкотемпературной (при паянии массивных деталей), так и высокотемпературной.

Существуют и другие способы нагрева при пайке:

• Пайка индукционными нагревателями, которая активно используется для припаивания твердосплавных резцов режущего инструмента. При индукционной пайке паяемые детали или их части нагреваются в катушке-индукторе, через которую пропускается ток. Преимуществом индукционной пайки является возможность быстрого нагрева толстостенных деталей.

• Пайка в различных печах.
• Пайка электросопротивлением, при которой детали нагреваются теплотой, выделяющейся вследствие прохождения электротока через паяемые изделия, являющиеся частью электрической цепи.
• Пайка погружением, выполняющаяся в расплавленных припоях и солях.
• Прочие виды пайки: дуговая, лучами, электролитная, экзотермическая, штампами и нагревательными матами.

Припои

Смачиваемость . Прежде всего, припой должен обладать хорошей смачиваемостью по отношению к соединяемым деталям. Без этого будет просто отсутствовать контакт между ним и паяемыми деталями.

В физическом смысле смачивание подразумевает явление, при котором прочность связи между частицами твердого вещества и смачивающей его жидкости оказывается выше, чем между частицами самой жидкости. При наличии смачивания жидкость растекается по поверхности твердого вещества и проникает во все его неровности.

Пример несмачивающей (слева) и смачивающей (справа) жидкостей

Если припой не смачивает основной металл, пайка невозможна. В качестве такого примера можно привести чистый свинец, который плохо смачивает медь и не может поэтому служить припоем для неё.

Температура плавления . Припой должен иметь температуру плавления ниже температуры плавления соединяемых деталей, но выше той, при которой соединение будет работать. Температура плавления характеризуется двумя точками - температурой солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) и температурой ликвидуса (наименьшим значением, при которой припой становится полностью жидким).

Разница между температурами ликвидуса и солидуса называется интервалом кристаллизации. Когда температура соединения находится в интервале кристаллизации, даже незначительные механические воздействия приводят к нарушениям кристаллической структуры припоя, в результате чего может возникнуть его хрупкость и возрасти электрическое сопротивление. Поэтому необходимо соблюдать очень важное правило пайки - не подвергать соединение никакой нагрузке до полного окончания кристаллизации припоя.

Кроме хорошей смачиваемости и необходимой температуры плавления, припой должен обладать еще рядом свойства:

• Содержание токсичных металлов (свинца, кадмия) не должно превышать установленных значений для определенных изделий.
• Должна отсутствовать несовместимость припоя с соединяемыми металлами, которая может привести к образованию хрупких интерметаллических соединений.
• Припой должен обладать термостабильностью (сохранением прочности паяного соединения при изменении температуры), электростабильностью (неизменностью электрических характеристик при токовых, тепловых и механических нагрузках), коррозионной стойкостью.
• Коэффициент теплового расширения (КТР) не должен сильно отличаться от КТР соединяемых металлов.
• Коэффициент теплопроводности должен соответствовать характеру эксплуатации паяного изделия.

В зависимости от температуры плавления припои подразделяют на легкоплавкие (мягкие) с температурой плавления до 450°С и тугоплавкие (твердые) с температурой плавления выше 450°С.

Легкоплавкие припои . Наиболее распространенными легкоплавкими припоями являются оловянно-свинцовые, состоящие из олова и свинца в различном соотношении. Для придания определенных свойств в них могут вводиться другие элементы, например, висмут и кадмий для понижения температуры плавления, сурьма для увеличения прочности шва и т.д.

Оловянно-свинцовые припои имеют низкую температуру плавления и относительно невысокую прочность. Их не следует применять для соединения деталей, испытывающих значительную нагрузку или работающих при температуре выше 100°С. Если все же приходится применять пайку мягкими припоями для соединений, работающих под нагрузкой, нужно увеличивать площадь соприкосновения деталей.

К наиболее широко используемым относятся оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61, ПОС-90, имеющие температуру плавления примерно 190-280°С (из них самый тугоплавкий - ПОС-18, самый легкоплавкий - ПОС-61). Цифры означают процентное содержание олова. Кроме основных металлов (Sn и Pb) припои ПОС содержат также небольшое количество примесей. В приборостроении ими паяют электросхемы, соединяют провода. В домашних условиях с их помощью соединяют самые различные детали.

Тугоплавкие припои . Из тугоплавких припоев чаще всего используются две группы - припои на основе меди и серебра. К первым относятся медно-цинковые припои, которые используются для соединения деталей, несущих лишь статическую нагрузку. Из-за определенной хрупкости их нежелательно применять в деталях, работающих в условиях ударов и вибрации.

К медно-цинковым припоям относятся, в частности, сплавы ПМЦ-36 (примерно 36% Сu, 64% Zn), с интервалом кристаллизации 800-825°C, и ПМЦ-54 (примерно 54% Cu, 46% Zn), с интервалом кристаллизации 876-880°C. С помощью первого припоя паяют латунь и прочие медные сплавы с содержанием меди до 68%, осуществляют тонкую пайку по бронзе. ПМЦ-54 используют для пайки меди, томпака, бронзы, стали.

Для соединения стальных деталей в качестве припоя используют чистую медь, латуни Л62, Л63, Л68. Соединения, паянные латунью, обладают более высокой прочностью и пластичностью в сравнении с соединениями, паянными медью, они способны вынести значительные деформации.

Серебряные припои относятся к наиболее качественным. Сплавы марки ПСр кроме серебра содержат медь и цинк. Припоем ПСр-70 (примерно 70% Ag, 25% Cu, 4% Zn), c температурой плавления 715-770°C, паяют медь, латунь, серебро. Его используют в тех случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность изделия. ПСр-65 используют для пайки и лужения ювелирных изделий, фитингов из меди и медных сплавов, предназначенных для соединения медных труб, используемых в системах горячего и холодного питьевого водоснабжения, им паяют стальные ленточные пилы. Припой ПСр-45 используют для пайки стали, меди, латуни. Его можно применять в тех случаях, когда соединения работают в условиях вибрации и ударов, в отличии, например, от ПСр-25, который удары выдерживает плохо.

Другие виды припоя . Существует множество других припоев, предназначенных для пайки изделий, состоящих из редких материалов или работающих в особых условиях.

Никелевые припои предназначены для пайки конструкций, работающих в условиях высоких температур. Обладая температурой плавления от 1000°C до 1450°C, они могут использоваться для пайки изделий из жаропрочных и нержавеющих сплавов.

Золотые припои, состоящие из сплавов золота с медью или никелем, используются для пайки золотых изделий, для пайки вакуумных электронных трубок, в которых недопустимо наличие летучих элементов.

Для пайки магния и его сплавов применяют магниевые припои, содержащие помимо основного металла также алюминий, цинк и кадмий.

Материалы для пайки металлов могут иметь различную форму выпуска - в виде проволоки, тонкой фольги, таблеток, порошка, гранул, паяльных паст. От формы выпуска зависит способ их ввода в стыковую зону. Припой в виде фольги или паяльной пасты укладывается между соединяемыми деталями, проволока подается в зону соединения по мере расплавления ее конца.

Прочность паяного соединения зависит от взаимодействия основного металла с расплавленным припоем, которое в свою очередь зависит от наличия физического контакта между ними. Оксидная пленка, присутствующая на поверхности паяемого металла, препятствует контакту, взаимной растворимости и диффузии частиц основного металла и припоя. Поэтому ее необходимо удалять. Для этого применяются флюсы, в задачу которых входит не только удаление старой окисной пленки, но и препятствие образованию новой, а также снижение поверхностного натяжения жидкого припоя с целью улучшения его смачиваемости.

При пайке металлов применяются различные по составу и свойствам флюсы. Флюсы для пайки имеют различия:

• по агрессивности (нейтральные и активные);
• по температурному интервалу пайки;
• по агрегатному состоянию - твердые, жидкие, геле- и пастообразные;
• по виду растворителя - водные и неводные.

Кислые (активные) флюсы, например "Паяльную кислоту" на основе хлорида цинка, нельзя использовать при пайке электронных компонентов, так как они хорошо проводят электрический ток и вызывают коррозию, однако, из-за своей агрессивности, они очень хорошо подготавливают поверхность и поэтому незаменимы при пайке металлических конструкций. И чем химически более стоек металл нем активнее должен быть флюс. Остатки активных флюсов нужно обязательно тщательно удалять после завершения пайки.

Широко распространенными флюсами являются борная кислота (H 3 BO 3), бура (Na 2 B 4 O 7), фтористый калий (KF), хлористый цинк (ZnCl 2), канифольно-спиртовые флюсы, ортофосфорная кислота. Флюс должен соответствовать температуре пайки, материалу паяемых деталей и припоя. Например, бура используется для высокотемпературной пайки углеродистых сталей, чугуна, меди, твердых сплавов медными и серебряными припоями. Для пайки алюминия и его сплавов применяют препарат, состоящий из хлористого калия, хлористого лития, фтористого натрия и хлористого цинка (флюс 34А). Для низкотемпературной пайки меди и её сплавов, оцинкованного железа используется, например, состав из канифоли, этилового спирта, хлористого цинка и хлористого аммония (флюс ЛК-2).

Флюс может применяться не только в виде отдельного компонента, но и входить составным элементом в паяльные пасты и таблетированные виды так называемых флюсующихся припоев.

Паяльные пасты . Паяльная паста - это пастообразное вещество, состоящее из частиц припоя, флюса и различных добавок. Паяльная паста обычно используется для поверхностного монтажа SMD-компонентов, но удобна и для пайки в труднодоступных местах. Пайка радиодеталей такой пастой осуществляется с помощью термовоздушной или инфракрасной станции. Получается красивая и качественная пайка. Однако из-за того, что большая часть паяльных паст не содержит активных флюсов позволяющих паять, например сталь, большинство их подходят только для пайки электроники.

Пайка стали

В общем виде пайка стали осуществляется в такой последовательности.

• Производится очистка от загрязнений паяемых деталей.
• С соединяемых поверхностей удаляется окисная пленка - механической зачисткой (металлической щеткой, шлифовальной шкуркой или кругом, дробеструйной обработкой) и обезжиривание. Обезжиривание можно осуществлять едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30 г/л), ацетоном или другим растворителем.
• Детали в месте соединения покрываются флюсом.

• Осуществляется сборка изделия с фиксированием деталей в нужном положении.

• Изделие разогревается. Пламя должно быть нормальным или восстановительным - без избытка кислорода. В сбалансированной газовой смеси пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси пламя горелки обладает ярко-синим цветом и небольшой величиной. Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла. Факел пламени горелки, насыщенный кислородом бледно-голубого цвета и маленький. Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны, при этом время от времени касаются припоем соединения. Нужная температура достигается тогда, когда припой начинает плавиться при прикосновении к деталям. Не нужно создавать избыточного нагрева. Обычно с практикой достаточность нагрева определяется по цвету поверхности металла и появлению дыма флюса.

• На соединяемые стыки наносится флюс.

Пайка металла: нанесение флюса. На фото припой покрытый оболочкой из флюса.

• В зону стыка подается припой (в виде проволоки, или кусочка, уложенного в стык) и производится подогрев детали и припоя до расплавления последнего и затекания в стык. Под влиянием капиллярных сил припой сам втягивается в зазор между деталями.

Припой должен плавиться не от пламени горелки, а от теплоты прогретого соединения.

• После завершения пайки, изделие очищается от остатков флюса и лишнего припоя.

Если есть возможность, можно соединяемые детали сначала залудить припоем в месте контакта. Затем детали соединить и нагреть до температуры плавления припоя. В этом случаи может получиться более прочное соединение.

Температура пайки определяется маркой припоя.

Причины неудачи . Если припой не распределяется по поверхности деталей, то это может быть по следующим причинам:

• Недостаточный прогрев деталей. Продолжительность прогрева должна соответствовать массивности деталей.
• Плохая предварительная очистка поверхности от загрязнений.
• Использование неподходящего флюса. Например, нержавеющая стали или алюминий требуют очень химически активных флюсов. Или флюс может не соответствовать температуре пайки.
• Использование неподходящего припоя. Например, чистый свинец так плохо смачивает металлы, что им паять нельзя.

Пайка других металлов

Первую проблему помогает решить пайка при температурах не выше 750°С.

Для решения второй проблемы, инструкции по пайке чугуна содержат требования удаления свободного графита с паяемых поверхностей. Это можно делать несколькими способами: тщательной механической зачисткой, окислением графита в летучий оксид углерода обработкой соединяемого стыка борной кислотой или хлоратом калия, выжиганием углерода пламенем горелки с последующей очисткой проволочной щеткой. Существуют также высокоактивные флюсы для чугуна, которые хорошо удаляют графитовые включения.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Для алюминия и алюминиевых сплавов применяют различные способы пайки. Пайка бывает:

• высокотемпературной пайкой — и

По-английски:

• brazing и
• soldering, соответственно.
• К твердым относят припои с высокой температурой плавления (ликвидус выше 450 °С).
• Мягкие припои плавятся ниже температуры 450 °С.

Рисунок — Ремонт алюминиевой трубы путем пайки мягким припоем

Мягкие припои для алюминия

Поскольку пайка мягкими припоями проводится при температуре ниже 450 °С, то, естественно, в этом случае не применяются твердые припои – припои на основе алюминия. Ранее большинство мягких припоев для пайки алюминия содержали цинк, олово, кадмий и свинец. В настоящее время кадмий и свинец признаны вредными для людей и окружающей среды. Поэтому современные мягкий припой для пайки алюминия — это сплавы на основе олова и цинка.

Оловянно-цинковые сплавы

Для пайки алюминия к алюминию и алюминия к меди специально разработаны оловянно-цинковые сплавы:

• 91 % олова / 9 % цинка — эвтектический сплав с точкой плавления 199 °С
• 85 % Sn / 15 % Zn — интервал плавления от 199 до 260 °С
• 80 % Sn / 20 % Zn — интервал плавления от 199 до 288 °С
• 70 % Sn / 30 % Zn — интервал плавления от 199 до 316 °С
• 60 % Sn / 40 % Zn — интервал плавления от 199 до 343 °С

Эвтектические и не эвтектические припои

Эвтектические припои широко применяют для печной пайки и других автоматических систем пайки алюминия. Это позволяет минимизировать применяемый нагрев для тонкостенных изделий путем быстрого плавления и затвердевания при температуре 199 °С.

Интервал затвердевания припоя, когда он находится в полужидком-полутвердом состоянии, позволяет выполнять над изделиями дополнительные операции, пока припой полностью не затвердел.

Повышенное содержание цинка способствует лучшему смачиванию припоя, но с увеличением содержания цинка температура полного затвердевания припоя (ликвидус) значительно возрастает.

Особенности мягкой пайки

Пайка мягкими припоями алюминия отличается от аналогичной пайки других металлов. Оксидная пленка на алюминии – плотная и огнеупорная – требует активных флюсов, которые разработаны специально для алюминия. Температура пайки также должна контролироваться более жестко.

Для алюминия сопротивление коррозии значительно больше зависит от состава припоя, чем для меди, латуни и железных сплавов. Все паяные мягкими припоями швы имеют более низкую коррозионную стойкость, чем швы после твердой пайки или .

Высокая теплопроводность алюминия требует быстрого нагрева, чтобы обеспечить нужную температуру в шве.

Пайка деформируемых алюминиевых сплавов

Практически все алюминиевые сплавы так или иначе могут быть подвергнуты пайке мягкими припоями. Однако их химический состав сильно влияет на легкость пайки, тип припоя, применяемый метод пайки и способность паяного изделия выдерживать различные нагрузки в эксплуатации.

Относительная способность к низкотемпературной пайке – пайке мягкими припоями — основных деформируемых алюминиевых сплавов выглядит следующим образом:

• отлично паяются: 1100 (АД), 1200 (АД), 1235 (≈АД1), 1350 (АД0Е), 3003 (АМц):
• хорошо паяются: 3004 (Д12), 5357, 6061 (АД33), 6101, 7072, 8112;
• средне паяются: 2011, 2014, 2017 (Д1), 2117 (Д18), 2018, 2024 (Д16), 5050, 7005 (1915);
• плохо паяются: 5052 (АМг2,5), 5056 (≈АМг5), 5083 (АМг4,5), 5086 (АМг4), 5154 (≈АМг3), 7075 (≈В95).

Сплавы, которые содержат более 1 % магния, нельзя удовлетворительно паять с применением органического флюса, а сплавы с более чем 2,5 % магния – с активными флюсами. Сплавы, которые содержат более 5 % магния, нельзя паять ни с каким флюсом.

При пайке алюминиевых сплавов, содержащих более 0,5 % магния, расплавленные оловянные припои проникают между зернами металла. Цинк также способен проникать по границам зерен между зернами алюминиево-магниевых сплавов, но уже при содержании магния более 0,7 %. Это межзеренное проникновение усугубляется наличием напряжений, внешних или внутренних.

Алюминиевые сплавы, легированные магнием и кремнием, менее подвержены межзеренному проникновению, чем бинарные алюминиево-магниевые сплавы.

Алюминиевые сплавы, содержащие медь или цинк в качестве основных легирующих элементов, обычно также содержат достаточное количество других элементов. Большинство этих сплавов подвержены межзеренному проникновению припоя и их обычно не паяют.

Термически упрочненные сплавы обычно имеют более толстую оксидную пленку чем та, которая возникает естественным образом. Эта пленка затрудняет пайку мягкими припоями. Для таких сплавов обычно перед пайкой применяют химическую подготовку поверхности.

Пайка литейных алюминиевых сплавов

Большинство литейных алюминиевых сплавов имеют высокое содержание легирующих элементов, что увеличивает вероятность того, что эти элементы будут растворяться в припое, а припой будет проникать по границам зерен. Поэтому литейные алюминиевые сплавов мягкими припоями паяются плохо.

Кроме того, характерные для литейных сплавов шероховатость поверхности, мельчайшие полости или пористость способствуют удержанию флюсов и делают удаление флюсов после пайки очень трудным.

Три литейных алюминиевых сплава 443.0, 443.2 и 356 относительно хорошо и легко паяются мягкими припоями. Несколько хуже, но еще приемлемо паяются сплавы 213.0, 710.0 и 711.0.

Источники:

1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996
2. EEA Aluminium Automotive manual — Joining — Brazing, EEA, 2015

Растущая популярность медных водопроводов объясняется очень просто. Всем известно, что вода, подаваемая централизованно в жилища, содержит некоторое количество хлора. Хлор — сильный окислитель, но он не разрушает медные трубы, а даже, наоборот, со временем укрепляет их стенки, образуя прочный тонкий слой патины. Кроме того, медь обладает бактерицидными свойствами и является природным долговечным материалом, совершенно безопасным для человеческого здоровья.

Полностью медные водопроводы сейчас делают редко из-за высокой цены, но они всё-таки встречаются. Если учесть, что срок службы подобных инсталляций сто и более лет, то такие проектные решения не покажутся расточительными. Да, качественная фурнитура и трубы на рынке имеют небюджетные ценники, но всегда можно сэкономить на монтаже — пайка меди в домашних условиях не самая сложная вещь для начинающих. При соблюдении определённых правил несложно делать безопасные и герметичные соединения.

Существует два вида пайки: низкотемпературная и высокотемпературная. Первая применяется в случаях, когда температура теплоносителя не превышает 110 °C и осуществляется мягкими припоями. Вторая — используется в сетях с высоким давлением или очень горячим содержимым, чаще всего для труб большого диаметра. В домашних сетях её встретить трудно, основное применение — в промышленности. Каким способом воспользоваться — выбор домашнего мастера. Но стоит обратить внимание на то, что высокотемпературный метод потребует профессиональной горелки и хороших навыков исполнителя. Ниже речь пойдёт о низкотемпературном способе соединения труб с помощью фитингов.

Хорошее планирование — залог успеха. Нужно иметь полное представление об объёме и содержании работ, где должны проходить трубы и какие фитинги потребуются. В новом строительстве сборку и соединение трубопроводов производить сравнительно легко. Реконструкция или ремонт требуют значительно больших трудозатрат, так как трубы обычно скрыты за отделкой. Как правило, требуется удаление декоративных покрытий. После того как водопровод будет завершён и проверен на герметичность, придётся восстанавливать все поверхности, пострадавшие от демонтажа.

В любом случае, будь это новое строительство или ремонт, все работы начинаются с проекта, который поможет определиться с количеством и особенностями соединений. Приобретая материалы для выполнения проектной задачи, не стоит забывать, что небольшой запас в них будет совсем не лишним. Например, если для монтажа новой линии холодной воды требуется три метра полдюймовой трубы, два колена и клапан для крана, полезно будет купить чуть больше трубы и несколько соединителей сверх необходимого количества. В случае если что-то пойдёт не так, дополнительные детали будут под рукой, и не нужно будет прекращать надолго работу ради покупки недостающих мелочей.

Паяльные материалы и инструменты

Если это дебют, то без приобретения нескольких полезных инструментов не обойтись. Скорее всего, это будут приспособления для зачистки, резак для труб и пропановая горелка. Другие инструменты, такие как дрель с набором свёрл, рулетка, тряпки или салфетки, пульверизатор с водой, защитные очки и перчатки, скорее всего, всегда будут в наличии.

Специализированные сантехнические приспособления помогают добиться профессионального качества исполнения соединений. Например, ничто не мешает разрезать трубу обычной ножовкой, но результатом может быть грубый, с неровными краями торец. Предназначенный для этого резак позволяет сделать хорошо совместимое чистое соединение. Приблизительный список материалов и приспособлений, о которых стоит позаботиться загодя, выглядит так:

Отмерить, отрезать и состыковать все части между собой в проектном положении. Такой подход позволяет избежать необратимых ошибок перед пайкой. Убедиться, что ничто не мешает трубопроводам и соединениям и не будет создавать механические нагрузки в процессе эксплуатации. После этого разобрать все элементы для того, чтобы очистить соединяемые поверхности.

Поверхности металлов редко бывают чистыми , обычно они незначительно покрыты окислами, маслами, смазками. Оставить загрязнения нетронутыми означает сохранить барьерный слой для доступа припоя к металлу. Попытки удалить патину травлением или абразивами с жирной поверхности неэффективны. Первым делом нужно избавиться от маслянистых загрязнений. В большинстве случаев детали достаточно протереть обезжиривающим растворителем или воспользоваться водным щелочным раствором.

Следующий этап — механическое удаление окислов с помощью абразивов. Для этой процедуры лучше использовать специальный инструмент — наждачные шкурки не дадут такого качественного результата. Важно обработать абразивом не только торцы труб, но и внутренние части фитингов. Если всё сделано верно, металл должен сверкать, как новая монета.

Нанесение флюса

Нагрев меди в контакте с воздухом ускоряет образование оксидов, которые препятствуют смачиваемости металла припоем. Нанесение флюса защищает спаиваемые поверхности от кислорода, таким образом предотвращая возникновение окислов. Кроме того, флюс растворяет и поглощает оксиды, которые были полностью не удалены в процессе очистки.

Флюс для пайки медных труб наносят кисточкой, целиком покрывая поверхности в месте стыка. Поскольку большинство из них имеет консистенцию пасты, эта процедура никаких сложностей не вызывает. Флюс важно верно дозировать. Избыток его долго будет промываться в уже действующем водопроводе. А в недостаточном количестве он быстро насыщается окислами, теряет эффективность и меняет консистенцию. Его также будет непросто смыть. В случаях, когда фаза разогрева может потребовать много времени (например, при необходимости запаять массивные компоненты сборки) увеличить расход флюса никогда не помешает.

Нередко флюсы могут быть индикаторами температуры, что сводит риск перегрева деталей к минимуму. Когда металл достаточно горяч, они становятся прозрачными или приобретают другой оттенок. Подробности термического поведения флюсов обычно указываются производителем.

Соединение элементов

Низкотемпературная пайка — это процесс соединения двух нагретых поверхностей расплавленным припоем при температуре около 250 °C. Благодаря капиллярному смачиванию жидкий припой сам заполняет зазор между фитингом и трубой, и нет необходимости распределять его вручную внутри шва. Когда соединение остывает, оно становится почти таким же прочным, как и материалы, из которых оно состоит, то есть сопоставимо со сваркой.

В качестве припоя для меди при такой технологии используются в основном сплавы олова с серебром, висмутом и сурьмой. Лучшими считаются припои с большим количеством серебра, но они самые дорогие из представленных на рынке. Запрещено использовать для монтажа водопровода сплавы, содержащие свинец.

Перед началом работы нужно освободить от мотка и выпрямить приблизительно 30 см припоя, после чего согнуть 5—10 см под удобным углом. Это поможет в удобстве нанесения припоя на соединение. Изгиб проволоки позволит работать с труднодоступными местами, а достаточная длина «кочерги» — держать руку подальше от пламени. Поскольку металл арматуры толще стенок трубы, нагрев начинают с фитинга, а затем возвратно-поступательными движениями остальные элементы соединения. В процессе припой начнёт немного кипеть с образованием дыма. Когда труба и фитинг достигнут нужной температуры, припой будет плавиться при контакте с соединением.

Расплавленный припой имеет свойство течь в более горячую зону. В нагреваемой сборке наружные поверхности будут нагреты больше, чем внутренние, поэтому его нужно подавать точно в место стыка. Иначе припой будет пытаться распространиться по более горячим наружным поверхностям вместо того, чтобы проникать в зазоры между деталями. Обязательно нужно убедиться, что он заполнил всё соединение. После заполнения стыка следует быстро удалить влажной тряпкой излишки припоя.

Сама по себе пайка медных трубопроводов — довольно простая в исполнении процедура. Нужно лишь внимательно следить за спаиваемыми деталями и помнить, что суть процесса в том, чтобы нагреть соединение до температуры плавления припоя, но не перегреть его. Почернение металла указывает на избыточное подводимое тепло, и результатом может быть непрочное соединение с пузырьками воздуха в припое.

Некоторые сложности могут возникнуть при работе с латунной арматурой. В случае пайки, например, клапана, велик риск расплавления его полимерных деталей от нагрева. Существует два широко используемых подхода для таких соединений.

1. Удалить шток с резиновой прокладкой из корпуса клапана и припаять трубу. После охлаждения соединения установить шток на место.
2. Припаять муфту с резьбой на конец медной трубы. После того как муфта и труба остынут, вкрутить в клапан.

Очистка и осмотр стыков

Следующий после спайки этап — удаление остатков флюса. Последний может быть химически активным и со временем навредить соединению. Поскольку флюсы водорастворимы, самый простой способ удаления — стирание его влажной тряпкой. Трудностей в этом не возникает, если в процессе пайки детали не были перегреты. Если последнее всё-таки произошло — перенасыщенные оксидами флюсы, как правило, приобретают зелёный или чёрный цвет и могут становиться твёрдыми. Их легче удалить раствором слабой кислоты с помощью щётки. В тех немногих случаях, когда требуется эстетическая привлекательности шва, его полируют тонкой наждачной бумагой.

После очистки швов от флюса нужно внимательно осмотреть все соединения на предмет наличия непропаев и трещин. Если дефекты не обнаружены — можно подавать в систему воду под давлением. Стыки должны быть абсолютно герметичными. При подозрении на течь придётся спаять дефектное соединение заново.

Итак, в пайке медных трубок газовой горелкой нет ничего сложного. Несколько специализированных инструментов значительно упростят работу, с помощью нужного видеоурока можно освоить различные нюансы. Конечно, мастерство создания идеальных стыков требует практики, но вполне досягаемо для любителя. Важно во время получения нужных навыков не забывать о простых правилах безопасности при проведении подобных работ:

• всегда пользоваться очками и перчатками;
• нельзя паять трубы, наполненные водой;
• нельзя находиться под местом пайки;
• нельзя допускать попадания флюса в глаза.