Процесс пайки медных труб

Пайка медных труб газовой горелкойМедные трубы – это возможность обустроить отопительные и снабжающие водой системы по принципу сохранения их эффективного функционирования в течение максимально долгого времени. Для соединения используется технология пайки медных труб, что является самым простым способом. Для реализации этой технологии на практике применяют припой в виде веществ, отличающихся термопластичностью, то есть способных плавиться в результате воздействия высоких температур и затвердевать после остывания. Именно эти свойства обеспечивают герметизацию получаемых соединений.

Процесс пайки с точки зрения теории

Пайка многих труб, среди которых присутствуют и медные, производится с соблюдением принципа соединения двух частей внахлест. В результате удается добиться достаточной прочности конструкции вне зависимости от используемого припая, когда даже его мягкие виды, отличающиеся недостаточной стойкостью, гарантируют надежность соединения. Обычно для обеспечения приемлемой прочности соединения посредством пайки надо обеспечить, чтобы изделия в месте контакта заходили друг на друга минимум на 5 мм. В реальности создают гораздо больший нахлест, что обеспечивает ощутимый запас прочности.

Пайка медных трубДобиться требуемого перекрытия изделий при сборке трубопровода является возможным за счет таких операций с трубами, как расширение и отбортовка, а также с помощью применения специальных фитингов. При установке соединительных частей в виде фитингов образуется зазор около 0,2 мм, обеспечивающий возникновение капиллярных сил, наличие которых обязательно для осуществления качественного процесса пайки. Это приводит к эффекту, когда нагретый припой затекает в зазор, гарантируя требуемый уровень герметизации в месте контакта. Благодаря воздействию капиллярных сил появляется возможность подавать припой снизу.

Способы соединения

Оптимальными элементами соединения частей медного трубопровода являются фитинги. Их ассортимент обширен, но популярностью пользуются преимущественно лишь три разновидности соединительных частей этого вида:

  • тройники, посредством которых можно организовать соответствующие отводы;
  • муфты, используемые с целью соединения двух труб;
  • углы, находящие свое применение, когда возникает необходимость изменить направление трубопровода, задав угол поворота в 90 градусов.

Соединительные элементы медных трубПри этом обустройство медного трубопровода может производиться без применения фитингов или необходимость их установки можно свести к минимуму. Хотя здесь понадобится соответствующий инструмент, делающий возможным проведение операций по гибке и расширению труб, а также их отбортовки. В данном случае это избавит от обязательности применять углы для организации поворотов трубопровода. Расширение сделает ненужным использование муфт, так как здесь можно будет увеличить диаметр трубы и вставить в нее другую, закрепив такой стык посредством пайки. Наконец, отбортовка исключит из списка соединительных элементов тройники, но при условии того, что отводная труба будет иметь меньший диаметр по сравнению с магистральной.

Для обеспечения возможности осуществления вышеперечисленного потребуются различные устройства, которые обеспечат гибку труб, а также их расширение и отбортовку.

Трубогибы

Применение устройств в виде трубогибов должно соотноситься с определенными требованиями. Так, для труб диаметром до 15 мм радиус изгиба определяется как 3,5d, а 18 мм – 4d, где под d понимается диаметр изделия.  Если предусмотрено наличие сгибающей пружины, то минимальное значение радиуса изгиба – 6d.

Трубогид для медных труб

Недопустимо малый радиус создает высокую вероятность того, что произойдет разрыв или сплющивание. Если трубы отожженные, то допустим меньший радиус изгиба, хотя это приводит к негативным последствиям за счет получаемой крутизны сгиба (менее 3d), когда поток начинает разрушающе воздействовать на саму трубу. В то же время отожженные трубы вполне можно гнуть с помощью силы рук, но здесь следует придерживаться радиуса изгиба от 8d, что позволит избежать сплющивания.

Сгибы, выполненные некачественно, которые приводят к сплющиванию трубы или собиранию в гармошку в месте искривления, создают условия для возникновения потоков турбулентности. В итоге данные потоки обеспечивают напряжение там, где сечение трубы перестало соотноситься с формой круга, что запускает разрушающие процессы коррозии и эрозии.

Трубы, диаметр которых не превышает 18 мм и не прошедшие термическую обработку, доступны для сгибания в холодном состоянии, что делается за счет возможностей трубогиба. Что касается большего диаметра, то здесь не обойтись без предварительного воздействия высоких температур от 500 до 600 °C, чтобы добиться требуемого результата.

Расширители

Для возможности применения устройств в виде расширителей с целью изменения в большую сторону диаметра трубы необходимо использовать только отожженные изделия, отличающиеся требуемой пластичностью. Сами так называемые экспандеры представляют собой кулачковые механизмы, обеспечивающие создание давления на сегменты своей конструкции, которые воздействуют на трубу изнутри, что приводит к ее расширению.

Расширитель медных трубНа практике часть расширителя в виде кулачкового наконечника вставляется в трубу, производится сжимание рукояток, запускается система рычагов, а конец трубы принимает форму раструба. Если таким образом воздействовать на отрезок небольшой длины, но расширить его с двух сторон, то можно получить муфту.

Отбортовщики

Процесс отбортовки – это получение нужного диаметра отверстия на поверхности трубы. Для этого сначала просверливают небольшое отверстие, которое необходимо для ввода через него оправки инструмента, оснащенной специальными усиками. После этого устройство отбортовки надежно закрепляется на поверхности трубы, что необходимо для создания упора, и подключается электроинструмент. Его запуск приводит к вращению шпинделя, который начинает постепенно вытягивать оправку, приводя к тому, что кромки отверстия загибаются наружу.

В результате образуется достаточного диаметра отверстие для подключения отвода. Чтобы исключить глубокое погружение отвода в полученное отверстие, на его поверхности делают выступы. Эти выступы являются ограничителями, которые необходимы для исключения вероятности появления препятствия на пути потока воды.

Припои, флюсы, паста

Медь как материал, включая ее сплавы, доступна для пайки при низких и высоких температурах. В итоге получается качественная пайка вне зависимости от того, какого вида припой для пайки медных труб был использован: мягкий или твердый.

Низкотемпературные припои обеспечивают процесс соединения медных труб, когда не затрагивается структура металла, но образующееся соединение отличается швом, который характеризуется низкими механическими характеристиками. В то время как высокотемпературные припои – это безупречная прочность шва, что дает возможность эксплуатировать соединенные с его помощью трубы при высоких температурах. Этот вид пайки приводит к отжигу меди, поэтому необходимо иметь соответствующий опыт, чтобы не допустить пережог металла.

Низкотемпературная пайка медных трубок преимущественно находит свое применение при организации систем отопления и водоснабжения. Для этих целей используют низкотемпературные припои, не имеющие в своем составе свинец, которые гарантируют высокое качество при пайке медных труб. К таким припоям относят сплавы олова с медью, сурьмой, селеном, серебром и висмутом. При этом их состав в основном формируется за счет олова, а содержание других элементов – это лишь около 5% от общей массы. Лучшими характеристиками технологического характера обладают припои, содержащие серебро, например, S-Sn97Ag3 (олово 97%, серебро 3%). Чуть хуже обстоят дела с припоями, имеющими в своем составе медь. Они также обеспечивают высокое качество соединения, например, таким припоем является S-Sn97Cu3 (олово 97%, медь 3%). В то же время существуют универсальные припои, характеризуемые как оловянно-медные, но они отличаются высокой стоимостью.

Припой для пайки медных труб
Припой S-Sn97Ag3 содержащий 97% олова и 3% серебра

Приведенные в качестве примера припои дают возможность получить качественный шов, обеспечивающий возможность долгой эксплуатации того или иного трубопровода. На практике другие припои не находят своего применения, так как заявленные характеристики упомянутых сплавов высоки, что в сочетании с относительно невысокой стоимостью делает их недосягаемыми для ближайших конкурентов.

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

Процесс низкотемпературной пайки осуществляется с применением флюсов, в составе которых имеется хлорид цинка. Выбор того или иного флюса не актуален, так как практически все предлагаемые смеси этого вида в полной мере отвечают существующим требованиям. Например, можно выбрать канифольно-вазелиновую пасту, созданную с помощью канифоли, вазелина технического назначения и хлористого цинка. Флюсы такой консистенции отличаются максимальным удобством применения.

Низкотемпературные припои создают условия для образования очень прочных соединений, поэтому их применение оправданно лишь в тех случаях, когда возникает необходимость сборки отопительных систем, температурный режим эксплуатации которых превышает 110 °C. В той же мере это относится и к организации газопроводов на основе труб из меди.

Нижеприведенная таблица содержит в себя информацию относительно допустимых значений давления в трубопроводах, создаваемых за счет использования медных труб диаметром от 6 до 28 мм.

В основном высокотемпературная пайка меди производится с использованием припоя L-CuP6, содержащего в себе 94% меди и 6% фосфора. Фосфор, добавленный в состав этого припоя, обеспечивает снижение температуры плавления меди, что собственно и дает возможность применять данный сплав как припой. Также популярностью пользуется самофлюсующийся припой L-Ag2P (медь 92%, фосфор 6%, серебро 2%). Припои, содержащие в себе медь и фосфор, позволяют осуществлять пайку меди без флюсов.

Тип припой медных труб и температураМедно-фосфорные припои образуют достаточно хрупкие соединения, поэтому их нельзя применять в тех случаях, когда предполагается работа с чугуном, сталью, алюминиевой бронзой и цветными металлами, содержащими более 10% никеля. Если предполагается соединение посредством этих припоев изделий из меди и медных сплавов (бронза, латунь), то необходимо обязательно применять флюс для пайки медных труб, ориентированный на высокотемпературную пайку.

Вне зависимости от вида пайки желательно использовать согласованные припои и флюс, ориентированный на конкретную пайку и выпускаемый одним производителем.

Паста для пайки меди – это тоже самое что и флюс, только в виде загустевшей смеси, которую можно наносить на трубу как до стыковки, так и после. Свойства пасты такие же как и у флюсов, улучшает адгезию припоя, препятствует проникновению воздуха в стыковочный шов.

Пайка труб (практика)

Пайка медных труб своими руками основана на следующем наборе действий: подготовка с помощью резки, снятие фасок, избавление от окислов на поверхностях соединяемых частей, применение флюса, сборка, нагрев и непосредственное нанесение припоя.

Резка

Для подготовки труб к соединению используют труборезы, выпускаемые в большом ассортименте. При этом все модели этого оборудования практически идентичны друг другу и различия наблюдаются лишь на уровне размеров и форм. Стандартная конструкция трубореза:

  • корпус;
  • ролики, обеспечивающие опору для трубы;
  • нож, представляющий собой диск;
  • винт, необходимый для поджимания ножа к трубе.

Те модели, которые оснащены более длинными рычагами, упрощают процесс резки. Если предполагается, что работа с трубами будет производиться на пространстве, ограниченным какими-либо конструкциями, то желательно воспользоваться компактным труборезом. Хотя здесь надо учесть, что компактное оборудование этого типа потребует больших физических усилий при его эксплуатации по сравнению со стандартными моделями труборезов.

Резка медных труб

На начальном этапе на трубе закрепляется труборез с соблюдением того, чтобы линия разреза соотносилась с кромкой режущего инструмента. Затем посредством специального винта производится поджатие ролика к трубе, и процесс резки запускается за счет перемещения инструмента по окружности. Когда будет пройдено 1–2 оборота, следует задать новое положение ролика, прижав его к трубе с помощью винта.

Для резки не всегда обязательно применять специальное оборудование, так как в некоторых случаях можно обойтись и простой ножовкой по металлу. При этом необходимо добиться соблюдения того, чтобы рез был сделан перпендикулярно по отношению к оси трубы. Это будет сделать проще, если воспользоваться таким приспособлением, как стусло.

Труборез гарантирует получение ровной кромки, но применение этого оборудования может привести к уменьшению объема за счет появления задир, образующихся исключительно внутри трубы. Что касается применения ножовки, то она никоим образом не деформирует изделие, хотя обеспечивает появление большого количества заусениц.

Снятие фасок

После завершения резки следует переходить к снятию фасок. Использование трубореза приводит к образованию как внутренней фаски, так и наружной. Загибы кромки внутрь трубы требуют удаления, так как они способны оказывать сопротивление потоку газа или воды, вызывая этим турбулентность. Наружная фаска может помешать при сборке трубопровода, поэтому она также требует обязательного снятия. Для этого применяют особые ножи, имеющие форму серпа, или можно воспользоваться обычным монтажным ножом. Также существует и специальный инструмент, представляющий собой устройства, которые оснащены втулками, удаляющими обе фаски одновременно. Наряду с этим встречаются модели труборезов, дополненные инструментом для снятия фаски.

Зачистка

Следующий этап подготовки труб для соединения включает в себя процедуры по очищению поверхностей, подготавливаемых для соединения, от окислов. Для зачистки наружных поверхностей может быть использована абразивная шкурка (P600), проволочная стальная сетка или ориентированный на такие работы инструмент, отличающийся наличием отверстий в обрамлении щетки. Обработка внутренних поверхностей должна вестись с особой тщательностью за счет, например, применения различных шкурок. В случае использования абразивных шкурок следует позаботиться об удалении всех остатков абразива. Медная пайка не может быть произведена качественно, если на рабочих поверхностях присутствуют посторонние вещества.

Нанесение флюса

Обработка флюсом должна производиться непосредственно после зачистки, так как практически сразу подготовленные поверхности начинают покрываться окислами. Эти соединения служат препятствием для полноценной пропитки поверхностей припоем, что снижает качество получаемого соединения. По своей консистенции флюс представляет собой пасту, нанесение которой осуществляется с помощью кисти. Обработаны должны быть все сопрягаемые поверхности. После нанесения флюса желательно сразу соединить трубы вместе, что избавит от вероятности попадания посторонних веществ на очищенные поверхности.

Сборка

Приступая к сборке, следует сначала провернуть скрепляемые части относительно друг друга. Это даст возможность распределить равномерно флюс по всех поверхности соединения, а также позволит понять, что труба установлена как надо. В результате таких манипуляций флюс выдавится, поэтому необходимо от него избавиться, например, с помощью сухой тряпки из хлопчатобумажной ткани. Затем трубы фиксируются в достигнутом положении или укладываются на подложку из огнестойкого материала, что позволит производить нагрев без боязни возникновения пожара. Если предполагается использование газовой горелки, то наличие огнезащитного экрана обязательно.

Нагрев и пайка

Зачастую трубы имеют элементы, выполненные из резины или пластмассы, которые необходимо снять перед тем, как будут начаты работу по нагреву. В случае припаивания крана надо выкрутить вентиль, так как в нем находятся прокладки, и они не смогут выдержать воздействия высоких температур. Когда медная труба припаивается к уже действующему трубопроводу, следует позаботиться об открытии клапанов запорных устройств, что исключит возможность роста давления внутри изделия за счет нагрева.

При использовании мягких припоев процесс осуществляется при температурном режиме от 250 до 300 °C, а пайка меди твердым припоем осуществляется от 700 до 900 °C. Газовые горелки чаще всего используют как оборудование для пайки медных труб. Для нагрева оно подходит лучше всего. Если предполагается низкотемпературная пайка, то для этого подойдут строительные фены, способные создавать горячий поток воздуха температурой до 650 °C. Чтобы трубу можно было прогреть посредством этого инструмента со всех сторон, предусмотрены соответствующие насадки на сопла.

Газовые горелки для пайки медных труб применяются с соблюдением определенных условий, которые касаются получаемого пламени. Не следует допускать избытка или недостатка кислорода в нем. Газовая смесь должна быть сбалансирована, что обеспечит лишь нагрев металла и не приведет к каким-либо незапланированным результатам. Пламя, насыщенное в избытке кислородом, способствует окислению поверхности металла, что проявляется в виде черного налета. Если насыщенность кислорода в пределах нормы, то цвет пламени горелки приобретает бледно-голубой оттенок.

Прогревание места соединения должно производиться по всей его площади, обеспечивая постоянное перемещение горелки. В течение этого процесса надо проверять степень нагрева путем касания припоем стыка соединения. Считается, что температура достигла нужного значения, если припой стал плавиться. Старайтесь исключить ситуации, когда достигается нагрев сверх нормы, которая определяется соответствующим цветом поверхности и появлением дыма, исходящим от флюса. Существуют флюсы, сигнализирующие о достижении нужной степени нагрева за счет изменения своего цвета.

Внимание! Следует не забывать о перемещении пламени, чтобы исключить перегрев отдельных участков места соединения.

Пайка разветвлений в виде того же тройника должна выполняться с учетом того, что припой будет заполнять зазор начиная снизу. Это необходимо для правильного остывания припоя за счет восходящего тепла.

Расход припоя, диаметр которого составляет от 2,5 до 3 мм, на один стык – это длина, соотносимая с диаметром трубы. Для контроля расхода отмеряют требуемую длину и сгибают проволоку в виде буквы «Г». Когда будет достигнута нужная температура нагрева, пламя горелки следует отодвинуть от стыка, но оставить над соединением для расплавления требуемого количества припоя.

Внимание! Плавление припоя должно происходить не за счет воздействия на него пламени горелки, а из-за нагрева места соединения.

Нет необходимости пытаться обеспечить равномерное распределение припоя. Капиллярные силы сделают эту работу сами, втянув весь необходимый объем припоя в зазор. В данном случае следует лишь ввести столько припоя, сколько нужно, то есть не меньше и не больше. При наличии оптимального размера зазора, чистой поверхности и достаточного нагрева процесс перераспределения припоя протекает идеально. Равномерно прогретое соединение гарантирует, что припой закроет зазор полностью.

Горелка для пайки медных труб может быть использована в качестве прогрева припоя, тогда пайка может быть проведена быстрее. Процесс пайки необходимо производить максимально быстро, избегая перегрева.

Дозировка припоя легко соблюдается при использовании фитингов, содержащих в себе припой для медных труб, который помещается в специальный валик. В то же время этот способ пайки в нашей стране не нашел широкого потребления, хотя он очень удобен: на трубе собирается конструкция из фитинга и валика с припоем, соединение прогревается, припой расплавляется и растекается по всему объему зазора. В результате тратится то количество припоя, которое необходимо для заполнения конкретного зазора.

После завершения процесса пайки соединение оставляют в покое до полного его охлаждения, соблюдая неподвижность соединяемых элементов. Такое охлаждение должно быть естественным, исключая использование воды или чего-нибудь другого. Спустя время остатки флюса удаляются с помощью мокрой ткани. Что касается остатков флюсов и других загрязнений внутри трубы, то их удаление достигается за счет технологической промывки.

Электрический паяльник

Электрический паяльник для пайки медных труб

Электрический паяльник для медных труб имеет ряд преимуществ над методами описанными выше.

Во-первых, нет открытого пламени. При неаккуратном обращение с горелкой может легко возникнуть пожар.

Во-вторых, не происходит перегрев детали. Прибор держит четко температуру в 900 градусов.

Из недостатков: дорогой, стоит примерно 60 000 руб. Для работы необходимо бесперебойное электричество.

Не смотря на свои недостатки – это инструмент для пайки медных труб, который относится к числу профессиональных.

Ошибки

Во время паяния вполне вероятно появление некоторых дефектов, причины которых могут быть следующими:

  1. Образование трещин в шве – слишком быстрое охлаждение.
  2. Деформация фитинга или трубы – долгий разогрев.
  3. Припой отказывается нормально схватываться – плохая подготовка поверхности места соединения.
  4. В месте стыка наблюдается сгибание – труба неправильно установлена в фитинг.

Безопасность

Паяльные работы – это высокие температуры и вещества, выделяющие при расщеплении опасные пары, что заставляет соблюдать определенную технику безопасности:

  • защитные перчатки – уменьшение вероятности получить ожог;
  • проведение паяльных работ только в хорошо проветриваемых помещениях – связано с опасными парами;
  • кислостойкая одежда, включая резиновые перчатки, – высокотемпературная пайка, когда используется травление с применением растворов кислот и щелочей;
  • осторожность при проверке того, насколько остыло спаянное соединение, – при работе с медными трубами осуществляется нагрев до высоких температур, а процесс их остывания происходит достаточно медленно.

 




Похожие статьи:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *