Согласно классификации, приведенной в государственном стандарте, припои разделяются на группы по нескольким признакам, одним из которых является температура плавления. В процессе пайки при температуре, превышающей 450 ℃, могут применяться только высокотемпературные припои.
Другие составы такой термической нагрузки не выдержат. Высокотемпературная пайка осуществляется в разных режимах. При проведении процесса до 1100 ℃ пригодны к использованию составы со средней плавкостью.
В интервале от 1100 ℃ до 1850 ℃ следует применять высокоплавкие смеси. При более высоких температурных показателях годятся только тугоплавкие композиции.
Удивительно, что, несмотря на классификацию ГОСТа, даже в учебниках существует разная подача материалов.
Существует большое количество готовых композиций, рекомендуемых к применению при повышенных температурах. Часто в состав высокотемпературных припоев входит:
- медь;
- серебро;
- цинк;
- фосфор.
Для изменения свойств в высокотемпературные сплавы добавляют кремний, германий и некоторые другие элементы. Низкотемпературными считаются припои:
- на основе свинца;
- олова;
- с добавлением сурьмы.
Выбор конкретных припоев определяется видом сплава, из которого сделаны детали, и условиями пайки.
Иногда в низкотемпературные припои вводят цинк для повышения коррозионной стойкости шва, и разрабатывают специальные низкотемпературные сплавы для конкретных условий использования. В быту низкотемпературную пайку проводят с применением паяльника, а высокотемпературную – газовой горелкой.
Для жаропрочных сплавов
Высокотемпературные припои применяют для нержавеющих и жаропрочных стальных сплавов. Пайку таких сплавов проводят с применением припоев на основе меди, меди с цинком, серебра.
Процесс осуществляется в печах в окружении водорода или паров раствора аммиака. При пайке с помощью меди, медно-цинковых композиций в качестве флюсовой добавки используют буру.
Серебряные высокотемпературные припои можно применять только в сочетании с активными флюсами. Полученные таким методом швы выдерживают нагревание до 600 ℃. Соединения, полученные с медьсодержащими составами, высокие температуры переносят хуже.
В качестве альтернативы иногда применяют никель-хромовые припои с платиной или палладием. Такие высокотемпературные материалы стоят дороже. Швы обладают большой термической и коррозионной устойчивостью.
При наличии на стальных изделиях из нержавеющих и жаропрочных сплавов больших зазоров, хорошее соединение дают порошковые припои, содержащие компоненты, идентичные химическим элементам сплавов.
Полученные швы выдерживают нагревание до 1000 ℃. Процесс проводят в вакуумированной среде, наполненной аргоном и газообразным флюсом.
Для алюминия и его сплавов
Алюминий и его сплавы – материалы, с которыми работать сложно. Низкотемпературная усложняется наличием тугоплавкого поверхностного слоя оксидов.
Помочь могли бы активные флюсы, но их применение чревато усиленным образованием продуктов коррозии на месте шва. Разработаны специальные технологические приемы проведения спаивания по предварительно нанесенным покрытиям.
Помимо этого для алюминия используют низкотемпературные составы с добавками дорогостоящего галлия.
Высокотемпературную пайку проводят посредством применения высокотемпературных припоев на основе алюминия с добавками меди, цинка, кремния.
Чаще всего для спаивания алюминиевых деталей используют составы 34А, а также силумин. Для каждого из этих припоев предназначен соответствующий флюс. Припой 34А способствует образованию шва, устойчивого при 525 ℃.
Высокотемпературная припойная масса из алюминия и кремния позволяет получить соединение, выдерживающее 577 ℃. При проведении работы применяют флюсы, сделанные из хлоридов щелочных металлов. Прочность образованных швов не всегда соответствует требованиям производства.
При необходимости получения соединений высокой термической и коррозионной стойкости пайку проводят в глубоком вакууме в окружении паров магния.
Процесс выполняется без флюсов по сложной технологии. В качестве припоя применяют силумин. Полученный таким методом шов выдерживает значительные нагрузки.
Работа с медью
В системах водоснабжения, отопления и некоторых производственных схемах осуществляется монтаж медных труб, не предназначенных для повышенной термической нагрузки. В таких ситуациях для пайки допустимо применение низкотемпературного припоя.
Трубопроводы большого диаметра, сделанные из медных сплавов, иногда подвергаются большому нагреванию. В таких случаях для меди и сплавов на ее основе нужны специальные тугоплавкие композиты.
Обычно применяют высокотемпературные припои на медной, серебряной основе, содержащие другие металлы, а также кремний или фосфор.
Составы из меди и цинка обозначают сочетанием букв ПМЦ и числами, указывающими на процентное содержание меди. Такие высокотемпературные припои обладают многофункциональным действием, пригодны для работы с другими сплавами.
Образующиеся швы обладают умеренной стойкостью к механическим нагрузкам. Для улучшения прочностных качеств соединений припойные средства легируют различными добавками.
На основе меди и фосфора
Высокотемпературные составы на основе меди и фосфора обозначаются буквосочетанием ПМФ и числами, указывающими на концентрацию фосфора в общей массе.
Средство переходит в жидкое состояние при температуре 850 ℃, позволяет получать швы хорошей коррозионной стойкости. Припой применим не только для медных, но и ювелирных изделий из благородных металлов.
Только стали нельзя паять таким методом. В результате на стальных швах образуются фосфиты, которые уменьшаю механическую прочность шва, приводят к образованию хрупкого соединения. Достоинство медьсодержащих припоев с фосфором заключается в возможности проведения пайки без флюсов.
Для работы с медными, некоторыми стальными, чугунными деталями также рекомендуются высокотемпературные припои на основе латуни. Это может быть чистый латунный сплав или композит с оловом и кремнием. Средства обладают текучестью, достаточной для образования прочного, стойкого шва.
На основе серебра
Очень хорошие свойства имеют высокотемпературные припойные средства на основе серебра. Они подходят практически для всех металлических изделий. Единственный недостаток – цена благородного металла лимитирует возможности частого применения.
Существуют сплавы (ПСр-15) с невысокой концентрацией серебра. Они стоят меньше, чем концентрированные композиции, могут применяться чаще.
Составы (ПСр-45) с содержанием серебра – 45 %, меди – 30 %, цинка – 25 % обладают очень хорошими свойствами: вязкостью, текучестью, ковкостью, стойкостью к окислению и механическим воздействиям. Эти сплавы применяются по необходимости, при наличии финансовой возможности.
Варьируя соотношение указанных компонентов, можно изменять максимальные температурные значения, которые выдержит будущий шов. Еще лучшие качества демонстрирует высокотемпературная композиция с содержанием серебра 65 %, но стоит она очень дорого.
Работа с титаном
Для пайки тугоплавких металлов и сплавов возможностей большинства описанных припоев недостаточно. Нужны совершенно другие высокотемпературные компоненты. Таким химическим элементом является титан, имеющий температуру плавления около 1700 °С.
Он образует прочные швы даже на изделиях с остатками оксидов. Процесс нужно проводить в атмосфере чистого аргона или гелия при значительном понижении давления в рабочей зоне.
Высокотемпературные составы из титана и меди, никеля, кобальта, других металлов проявляют свойства эвтектических систем. Сами по себе они обладают хрупкостью, применяются в виде порошков, паст.
Проволоку, ленты, полосы их этих сплавов изготовить не удается. Работать паяльником с тугоплавкими композитами невозможно.
В некоторых случаях на практике реализуют технологию контактного плавления. В зазор изделия, подлежащего пайке, помещают фольгу из титана или его сплавов.
При достижении температуры 960 ℃ начинается, а при показаниях 1100 ℃ заканчивается образование эвтектического сплава, играющего роль припоя.
Изделия, подлежащие эксплуатации при очень высоких температурах, подлежат спайке при помощи сплавов с добавками кремния, железа. Для реализации таких технологических процессов нужны мощные источники энергии.
Требуемой температуры достигают в вакуумных печах, плазменными горелками. Можно применять с этой целью электроконтактный способ или воздействие электронным лучом.
Высокотемпературное спаивание деталей – трудоемкий процесс, требующий специальных знаний и квалификации. Располагая хорошими вспомогательными средствами, оборудованием можно справиться с производственной задачей любой степени сложности.
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.
- Удалить шток с резиновой прокладкой из корпуса клапана и припаять трубу. После охлаждения соединения установить шток на место.
- 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.
Пайка - сложный физико-химический процесс получения неразъёмного соединения материалов, в результате взаимодействия твердого паяемого (деталь) и жидкого присадочного металла (припоя), путём их расплавления при смачивании, растекании и заполнении зазора между ними с последующей его кристаллизацией.
Образование паяного соединения сопровождается спаем между припоем и паяным материалом. Прочностные характеристики паяного соединения определяется возникновением химических связей между пограничными слоями припоя и паяемого металла (адгезией), а также сцеплением частиц внутри припоя или паяемого металла между собой (когезией). Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы.
Припой - металл или сплав, вводимый в зазор меду деталями или образующийся между ними в процессе пайки и имеющий более низкую температуру начала плавления, чем паяемые материалы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).
Для качественного соединения металлов припой должен растечься и «смочить» основной металл. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности.
Флюсы применяются для удаления оксидной пленки (и иных загрязнений) с поверхности основного металла и припоя, а также для недопущения окисления при пайке.
Достоинства пайки:
Позволяет соединять металлы в любом сочетании;
соединение возможно при любой начальной температуре паяемого металла;
возможно соединение металлов с неметаллами;
большинство паяных соединения можно распаять;
более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;
позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления;
большая прочность и высокая производительность при капиллярной пайке.
Технология пайки
Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:
предварительная подготовка паяемых соединений;
удаление загрязнений и окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;
нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;
введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между соединяемыми деталями.
Пайка меди
Медь относится к металлам, прекрасно поддающимся пайке. Это обусловлено тем, что поверхность металла может быть сравнительно легко очищена от загрязнений и окислов без применения особо агрессивных веществ (медь слабо корродирующий металл). Имеется большой ряд легкоплавких металлов и их сплавов, имеющих хорошую адгезию с медью. При нагреве в воздухе при плавке медь не вступает в бурные реакции взаимодействия с окружающими веществами и кислородом, что не требует сложных или дорогих флюсов.
Все это позволяет легко осуществлять любые виды пайки с медью при большом выборе припоев (дающих большой спектр свойств паяного шва) и флюсов для любых сред и условий работы. В результате более 97% пайки в мире приходится на медь и медные сплавы.
В применении к медным трубопроводам была разработана так называемая «капиллярная» пайка. Это потребовало ужесточить требования к геометрии применяемых труб. Зато позволило уменьшить время монтажа капиллярного соединения до 2-3 минут (в ходе соревнования до 1,5 минут). В результате медные трубопроводы в сантехнике на низкотемпературной пайке являются классикой водопровода.
Виды пайки
Техника соединения медных труб легка и надежна. Наиболее распространенной техникой соединения является капиллярная низкотемпературная и высокотемпературная пайка. Не капиллярная пайка при соединении труб не используется.
Капиллярный эффект.
Процесс взаимодействия молекул или атомов жидкости и твердого тела на границе раздела двух сред приводит к эффекту смачивания поверхности. Смачивание - это явление, при котором силы притяжения между молекулами расплавленного припоя и молекулами основных металлов выше, чем внутренние силы притяжения между молекулами припоя (жидкость «прилипает» к поверхности).
В тонких сосудах (капилляры) или щелях совместное действие сил поверхностного натяжения и эффекта смачивания выражено сильнее и жидкость может подниматься вверх, преодолевая силу тяжести. Чем тоньше капилляр, тем сильнее выражен данный эффект.
Для получения эффекта капиллярности в медных трубопроводах, соединяемых пайкой, используют «телескопические» соединения. При вставлении трубы в фитинг, между внешним диаметром трубы и внутренним диаметром фитинга остается зазор не превышающий 0,4 мм. Что достаточно для возникновения капиллярного эффекта при пайке.
Данный эффект позволяет припою равномерно распространяться по всей поверхности монтажного зазора соединения независимо от положения трубы (можно, например, подавать припой снизу). При величине зазора не более 0,4мм, капиллярный эффект создает пропай шириной от 50% до 100% диаметра трубы, что достаточно для создания сверхпрочного соединения.
Использование капиллярного эффекта дает возможность очень быстро (фактически мгновенно) заполнить монтажный зазор припоем. При хорошо подготовленных поверхностях к пайке, это гарантирует 100% пропай соединения и не зависит от ответственности и тщательности монтажника.
Низкотемпературная пайка
В зависимости от применяемого припоя температура нагрева будет различна. К низкотемпературным (до 450°С) припоям относятся сравнительно легкоплавкие и обладающие низкой прочностью металлы (олово, свинец и сплавы на их основе). Поэтому дать паяный шов большой прочности они не могут.
Но при капиллярной пайке ширина спаивания (от 7мм до 50мм, в зависимости от диаметра трубы) достаточная, чтобы для сантехнических трубопроводов обеспечить избыточную прочность. Для улучшения качества пайки и повышения коэффициента адгезии используются специальные флюсы, а поверхности под пайку предварительно зачищаются.
Все медные трубы диаметром от 6мм до 108мм можно соединять капиллярной низкотемпературной пайкой. Температура теплоносителя при этом должна быть не выше 130°С. Для пайки, очень важно, чтобы припой имел самую низкую точку плавления и соответствовал требованиям, которые к нему предъявляются. Это обусловлено тем, что при высоких температурах медь теряет твердость (отжиг). Именно по этой причине, предпочтение отдается низкотемпературной, а не высокотемпературной пайке.
Высокотемпературная пайка
Высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром от 6мм до 159мм или имеющим большую длину, а также в случаях, когда температура теплоносителя составляет более 130°C. В водоснабжении высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром больше 28 мм. Однако, во всех случаях, следует избегать чрезмерного нагревания. Высокотемпературная пайка на малых диаметрах требует высокой квалификации и опыта, так как очень легко пережечь или обрезать трубу.
Для высокотемпературной пайки применяются припои на основе меди и серебра и ряда других металлов. Они дают большую прочность паяному шву и высокую допустимую температуру для теплоносителя. При использовании припоя на основе меди и фосфора или меди с фосфором и серебром, при спаивании медных деталей флюс не применяется.
При спаивании между собой элементов из разных сплавов меди: медь с бронзой или медь с латунью или бронза с латунью - всегда необходимо применение флюса. Также обязательно применение флюса при использовании припоя с большим количеством серебра (более 5%). Высокотемпературную пайку с помощью горелки должен выполнять квалифицированный и опытный специалист.
Это способ соединения медных труб дает самый прочный шов по механическим и температурным параметрам. Позволяет делать отводы на уже установленной системе, без ее демонтажа. Основной метод соединения в солярных системах и распределительных газопроводах.
При соединении труб высокотемпературной пайкой, всю систему можно замоноличивать методами допустимыми в медной сантехнике. Особенность данного соединения - при высокотемпературной пайке металл размягчается. Чтобы потеря прочностных свойств была минимальной, охлаждение соединения при пайке должно быть естественным - воздушным.
По мере старения металла, как утверждают практики, медь переходит в более твердое состояние и прочность отожженного металла повышается. При охлаждении соединения водой при высокотемпературной пайке, происходит интенсивный отжиг металла и переход его в мягкое состояние. Поэтому такой метод охлаждения при высокотемпературной пайке не применяется.
Флюс
Флюсы - это активные химические вещества, применяемые для улучшения растекания жидкого припоя по паяемой поверхности, для очистки поверхности основного металла от окислов и иных загрязнений (соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота, бура) и для образования защитного покрытия и недопущения окисления при пайке (канифоль, воск, смола). Естественно при этом учитываются виды соединяемых металлов и припоев.
Для качественного соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием капиллярных сил и «смочить» основной металл. Прочным шов получается при защите пайки от кислорода воздуха. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. Поэтому для получения качественной пайки обычно выбирают многокомпонентные флюсы с многосторонним действием.
В зависимости от температурного интервала активности различают низкотемпературные (до 450°С) флюсы (растворы канифоли в спирте или растворителях, гидразин, древесные смолы, вазелин и др.) и высокотемпературные (более 450°С) флюсы (бура и её смесь с борной кислотой, смеси хлористых и фтористых солей натрия, калия, лития).
При пайке, с учетом предварительной механической очистки, можно использовать минимальное количество флюса, который активно взаимодействует с металлом. После пайки тщательно счищают его остатки. После монтажа трубопровода проводят технологическую промывку, для окончательного удаления остатков. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это со временем может вызвать коррозию в соединении.
Припои.
Качество и прочность пайки, физические параметры соединения зависят в большой степени от вида припоя. Низкотемпературные (до 450°С) припои, хоть и не дают повышенной прочности шва, зато позволяют вести пайку при температуре, которая мало влияет на прочность основного металла и не меняет его основные характеристики Высокотемпературные (свыше 450°С) припои дают большую прочность шва и высокую температуру для теплоносителя, но требуют высокой квалификации, так как при этом происходит отжиг металла
По температуре плавления припои делятся на низкотемпературные - до 450°C и высокотемпературные - свыше 450°C. По химическому составу припои делятся на оловянно-серебряные, оловянно-медные и оловянно-медно-серебряные (низкотемпературные), медно-фосфорные, медно-серебряно-цинковые, а также серебряные (высокотемпературные) а также ряд других.
Запрещены свинцовые, свинцово-оловянные и любые другие, содержащие свинец, припои в питьевом водопроводе ввиду токсичности свинца.
На практике в большинстве случаев пайку соединений осуществляют при помощи нескольких основных марок припоев. Для мягкой пайки обычно применяют припои типа S-Sn97Cu3 (L-SnCu3) или S-Sn97Ag5 (L-SnAg5), обладающие высокими технологическими свойствами и обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения.
Серебряные припои с медью и цинком L-Ag44 (состав: Ag44% Cu30% Zn26%) применяются при высокотемпературной пайке меди и её сплавов. Они обладают повышенной тепло- и электропроводностью и высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью. Обязательно следует в этом случае применять флюс.
Припои медно-фосфорные CP 203 (L-CuP6) c составом: Cu 94% P 6% или медно-фосфорные с серебром CP 105 (L-Ag2P) с составом: Cu 92% Ag2% P 6% применяются как заменители серебряных припоев при твердой пайке. Они обладают высокой жидкотекучестью и самофлюсующимися свойствами. В этом случае можно не применять флюс. Швы прочные, но не эластичные в условиях низких температур.
Нагрев
Мягкая пайка (низкотемпературная) проходит при температуре 220°С-250°С в зависимости от примененного припоя. Для нагрева соединения применяют газопламенный нагрев смесями: пропан-воздух, пропан-бутан-воздух. Допустимо применение ацетилен-воздух.
В случае, когда недопустимо применение открытого пламени для небольших диаметров применяют электрические нагреватели электроиндукционного типа. В последнее время получили распространение электроконтактные. Внешне они напоминают большие клещи со сменными графитовыми головками для охвата труб разных диаметров. Скорость нагрева с такими устройствами может и не отличаться от скорости нагрева при помощи горелки.
Твердая (высокотемпературная) пайка проходит при температурах 670°С-750°С. Для пайки применяется только газопламенный метод нагрева. Используются смеси: пропан-кислород, ацетилен-воздух. Допустимо ацетилен-кислород.
Для пайки-сварки и сварки используют высокотемпературный нагрев при температуре плавления меди. Газовая сварка проходит при температурах 1070°С-1080°С. Используют газопламенный нагрев ацетилен-кислородом. Электросварка проходит при температуре 1020°С-1050°С. Применяется электросварочное оборудование для дуговой сварки.
Процесс пайки
Правила пайки.
При подготовке трубы к соединению удаляют заусенцы.
Формируют капиллярный зазор соединения или используют готовый фитинг.
Металлические поверхности очищают.
Проверяют взаимное расположение деталей и зазоры.
Наносят минимальное количество флюса снаружи трубы.
Собирают соединение.
Применяют несколько уменьшающееся пламя, которое создает максимальный нагрев, и очищает соединение.
При пайке меди с медью при помощи медно-фосфорных припоев флюс не требуется.
Для пайки нагревают соединение равномерно до требуемой температуры.
Припой наносят на монтажный зазор соединения.
Для равномерного распределение припоя в соединении на больших диаметрах, возможно введение припоя дополнительно с противоположной стороны.
Расплавленный припой течет в сторону более нагретого места соединения.
При кристаллизации припоя соединение должно быть неподвижно.
Остатки флюса тщательно удаляют после пайки.
Цикл нагрева должен быть коротким, и следует избегать перегрева.
После сборки трубопровода обязательна технологическая промывка для окончательного удаления остатков флюса и загрязнений.
При пайке необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию, так как может появиться вредный для здоровья дым (паров кадмия из припоя и фтористых соединений из флюса)
Подготовка соединения
Для получения капиллярного эффекта при пайке монтажный зазор должен быть 0,02мм-0,3мм. Поэтому при подготовке соединения косина реза трубы должна быть минимальной. А концы соединяемых труб строго цилиндрическими. Особенно это важно при бесфитинговом методе соединений.
Так как при работе ножовкой возможно получение не перпендикулярного реза, то это может привести к уменьшению пояса спаивания и понижению надежности соединения. А отрезание мягкой трубы труборезом может привести к замятию трубы. В этом случае возможно неконтролируемое увеличение монтажного зазора и получение непропая. Кроме того сужение проходного сечения трубы увеличивает скорость потока и возможность возникновения эрозии.
Используя ручной калибратор для внутреннего и внешнего диаметра трубы можно получить идеальный монтажный зазор для капиллярной пайки.
При этом есть еще одна обязательная монтажная операция - снятие заусенцев. В противном случае может возникнуть турбулентность потока и как следствие эрозия (в том числе кавитационная). На практике такие случаи могут привести со временем к порыву трубы.
Очистка поверхности
Сила сцепления припоя (адгезия) зависит от качества зачистки спаиваемых поверхностей. Это означает, что любые примеси и загрязнения на металле мешают полностью смачивать поверхности соединяемых деталей и уменьшают текучесть припоя так, что он не может полностью распределиться по поверхности. Во многих случаях это является причиной того, что не удается достичь удовлетворительного состояния пайки.
Для очистки поверхности металла применяются два взаимодополняющих способа: механический и химический. Для очистки внешней поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга от оксидной пленки (а заодно от жиров и прочих загрязнений) используют металлическую проволочную щетку, стальную шлифовальную шерсть или мелкую шкурку. При зачистке они удаляют загрязнения и оксиды, что способствует свободному распределению припоя по поверхности. Предварительная механическая очистка позволяет уменьшить количество применяемого флюса, являющегося активным химическим веществом.
Наиболее удобны специальные салфетки, на нейлоновой основе, поскольку после них, в отличие от шкурки и стальной губки, не требуется удалять продукты зачистки, которые могут содержать остатки абразива или частицы стали. При механической очистке на металлической поверхности образуются микроскопические бороздки, которые увеличивают поверхность пайки, а следовательно, способствуют значительному увеличению силы сцепления припоя и металла.
Химический способ предполагает травление кислотой, которая вступает в реакцию с оксидами и удаляет их с металлической поверхности. Либо применение многокомпонентного флюса, который обладает в том числе, свойством очищать металл.
Нанесение флюса и сборка соединения
На зачищенную поверхность трубы (во избежание окисления) следует немедленно нанести флюс. Флюс наносится без излишков только на поясок трубы, который будет соединен с фитингом или раструбом, а не внутрь фитинга или раструба. Наносить флюс внутрь соединения категорически воспрещается. Флюс поглощает определенное количество окислов. Вязкость флюса увеличивается при насыщении его окислами.
После нанесения флюса рекомендуется сразу соединить детали, чтобы исключить попадание на влажную поверхность посторонних частиц. Если по какой-то причине непосредственно пайка будет происходить чуть позднее, то деталям лучше дождаться этого момента уже в собранном виде. Рекомендуется повернуть трубу в фитинге или раструбе или, наоборот, фитинг вокруг оси трубы, с тем, чтобы убедиться, что флюс равномерно распределился в монтажном зазоре и почувствовать, что труба достигла упора. Затем необходимо удалить тряпкой видимые остатки флюса, после чего соединение готово к нагреву.
Для обычной «мягкой» пайки используются флюсы на основе цинка или хлоридов алюминия. Флюсы являются агрессивной субстанцией. Поэтому излишнее количество флюса нежелательно. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это приведет к попаданию его в соединение и со временем может вызвать коррозию и утечку. После пайки также производится удаление всех видимых остатков флюса с поверхности трубы (поскольку при нагреве, в результате теплового расширения и вытеснения припоем, на поверхности трубы вновь окажется некоторое количество флюса из монтажного зазора).
При твердой (высокотемпературной) пайке с припоями из серебра или сварке-пайке с бронзовым припоем в качестве флюса используют буру. Ее смешивают с водой до получения вязкой кашицы. Или используют готовые флюсы для высокотемпературной пайки. При использовании медно-фосфорного припоя для спаивания медных деталей флюс не требуется, достаточно механической очистки.
Наиболее приемлимым является использование согласованных припоя и флюса для конкретного вида пайки одного производителя. В этом случае гарантировано обеспечивается качество паяного шва и соответственно всего соединения.
Припои.
Качество и прочность пайки, выдерживаемая температура соединения зависит от применяемого припоя. В большинстве случаев пайку соединений осуществляют при помощи нескольких марок припоев.
Для мягкой пайки в основном применяют сплавы на основе олова, с добавками серебра или меди. Свинцовые припои в питьевом водоснабжении не применяются. Выпускаются обычно в виде проволоки с D= 2мм-3мм, что удобно при работе с капиллярными соединениями.
Для твердой пайки применяют в основном две группы припоев: медно-фосфорный, медно-фосфорный с серебром и многокомпонентные на основе серебра (серебра не менее30%). Медно-фосфорные и медно-фосфорный с серебром - твердые припои специально разработаны для пайки меди и ее сплавов, при этом они являются самофлюсующимися.
В отличие от медно-фосфорных сплавов твердые серебряные припои не содержат фосфор. Эти припои обладают высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью. По сравнению с медно-фосфорными более дороги. Выпускают их в виде твердых прутков с D = 2мм-3мм. При пайке требуется флюс.
Необходимо принимать тщательные меры предосторожности при использовании низкотемпературного медного припоя, содержащего кадмий, в связи с отравляющим воздействием паров кадмия.
Нагрев соединения при мягкой пайке
Как правило, нагрев для мягкой пайки осуществляют пропановыми (пропан-воздух или пропан-бутан-воздух) горелками. Пятно контакта между пламенем и поверхностью соединения постоянно перемещают для достижения равномерного нагрева всего соединения и при этом время от времени касаются прутком припоя до капиллярной щели (обычно с практикой достаточность нагрева определяется по цвету поверхности и появлению дыма флюса). Электронагрев соединения принципиальных отличий в пайке не имеет.
Если при контрольном касании прутком припой не плавится, нагрев продолжают. Нагревать пруток подаваемого припоя не следует. При этом, ни в коем случае не следует забывать о необходимости перемещения пламени, чтобы не перегреть какой-то отдельный участок соединения. Как только припой начал плавиться, пламя отводят в сторону и позволяют припою заполнить монтажный (капиллярный) зазор.
Вследствие капиллярного эффекта заполнение монтажного зазора происходит автоматически и полностью. Нет необходимости во введении излишних количеств припоя, поскольку это не только расточительно, но также может привести к затеканию излишков припоя внутрь соединения
При использовании стандартных прутков припоя с D=2,5мм-3мм, количество припоя приблизительно равно диаметру трубы. На практике необходимый по длине участок припоя отгибают в виде буквы «Г». В этом случае не расходуется излишне припой, и четко контролируется момент «пропаяно - не пропаяно», что немаловажно при большом объеме работы.
Нагрев соединения при твердой пайке
Для твердой пайки нагрев ведут только газопламенным способом (пропан-кислород или ацетилен-воздух, допустимо ацетилен-кислород) при температуре окружающего воздуха от -10°С до +40°С. При использовании медно-фосфорного припоя пайка возможна без флюса. Так как паечный шов гораздо прочнее, то допускается некоторое уменьшение ширины спаивания по сравнению с мягкой пайкой. Для выполнения твердой пайки требуется высокая квалификация и опыт, в противном случае очень легко перегреть металл и возможны разрывы.
Пламя горелки должно быть «нормальным» (нейтральным). Сбалансированная газовая смесь содержит равное количество кислорода и газообразного топлива, в результате чего пламя нагревает металл, не оказывая другого воздействия. Факел пламени горелки при сбалансированной газовой смеси (ярко синего цвета и небольшой величины).
Уменьшающееся пламя горелки указывает на избыточное количество газообразного топлива в газовой смеси, которое превышает содержание кислорода. Незначительно уменьшающееся пламя нагревает и очищает поверхность металла для операции пайки быстрее и лучше.
Пересыщенная кислородная смесь - это газовая смесь, содержащая избыточное количество кислорода, в результате чего образуется пламя, которое окисляет поверхность металла. Признаком этого явления служит черный окисный налет на металле. Факел пламени горелки, насыщенный кислородом (бледно-голубого цвета и маленький)
Соединяемые трубы, нагревают равномерно по всей окружности и длине соединения. Обе элемента соединения нагревают пламенем горелки в месте соединения до темно-вишневого цвета (750°С-900°С), равномерно распределяя теплоту. Допускается выполнять пайку в любом пространственном положении соединяемых деталей.
Соединение не должно быть нагрето до температуры плавления металла, из которого изготовлены трубы. Применяют горелку соответствующего размера с несколько уменьшающимся пламенем. Перегрев соединения усиливает взаимодействие основного металла с припоем (то есть усиливает образование химических соединений). В итоге, такое взаимодействие отрицательно влияет на срок службы соединения.
Если внутренняя труба разогрета до температуры пайки, а наружная труба имеет более низкую температуру, то расплавленный припой не затекает в зазор между соединяемыми трубами и перемещается в направлении источника теплоты
Если равномерно разогревать всю поверхность концов спаиваемых труб, то припой поданный к кромке раструба плавится под воздействием их теплоты и равномерно поступает в зазор соединения. Трубы для пайки достаточно прогреты, если пруток твердого припоя плавится при контакте с ними. Для улучшения пайки, предварительно немного прогревают пруток припоя пламенем горелки.
Производители выпускают малогабаритные газовые горелки с одноразовыми баллончиками, которые позволяют проводить нагрев для твердой и мягкой пайки, но при твердой пайке диаметр соединений в два раза меньше, чем при мягкой.
Особенности
Пайка медных труб и фитингов встык не допускается. При использовании сварки для диаметров свыше 108 мм (толщина стенки более 1,5мм) допускается соединение встык.
Соединение пайкой более чем двух элементов следует производить одновременно. При этом соблюдается очередность заполнения монтажных зазоров припоем (например в тройнике)- с нижнего к верхнему. В этом случае восходящее тепло не мешает остыванию и кристаллизации припоя.
Поочередное соединение элементов допустимо при применении двух видов пайки: вначале высокотемпературная, а затем низкотемпературная. Не допускается применение высокотемпературной пайки на соединении с низкотемпературной пайкой.
Запрещена
Пайка бесфитинговых соединений получаемых без раздачи конца трубы эспандером, например колокольных соединений - получаемых развальцовкой или завальцовкой конца трубы. Следует применять переходные муфты.
Пайка отводов, производимых без специального инструмента или в отводе (колене) трубопровода. Следует использовать стандартные тройники или отвод формируемый специальным инструментом.
Пайка любых не стандартных соединений, получаемых без раздачи трубы эспандером или специальным инструментом для вытяжки отвода.
Перегрев
При проведении паяльных работ очень важно избегать «перегревания», так как это может привести к разрушению флюса, который теряет способность растворять и удалять оксиды. Во многих случаях это является причиной неудовлетворительного качества пайки. Чтобы избежать перегревания, рекомендуется убедиться в том, что температура достигла точки плавления припоя. Для этого необходимо периодически касаться припоем нагреваемого соединения.
Или же использовать для этой цели флюс с порошковым припоем: как только во флюсе заблестели капли расплавившегося порошкового припоя - соединение нагрето. Некоторые флюсы при достаточном для пайки нагреве выделяют сигнально дым или меняют цвет.
При высокотемпературной пайке происходит отжиг металла, и при перегревании медь теряет свои прочностные свойства, становится рыхлой и очень мягкой. Это может привести к порывам трубы. Метод контроля как и при мягкой пайке - периодически касаться соединения припоем. При достаточном опыте достаточность нагрева будет определяться по цветам побежалости. Важно не использовать слишком мощный источник нагрева, например, кислородно-ацетиленовую горелку для сварки фитинга 12 размера.
Заключительные процедуры
После заполнения монтажного (капиллярного) зазора припоем необходимо дать ему застыть, что означает абсолютное требование исключить взаимное перемещение сочлененных деталей. После застывания припоя необходимо удалить влажной тряпкой все видимые остатки флюса, а при необходимости воспользоваться дополнительным количеством теплой воды.
При пайке и сварке могут образовываться наплывы металла (грат), который при необходимости должен быть удален. При любых видах пайки и сварки не допустимы наплывы металла (грат) внутри соединения, мешающие потоку жидкости. Они должны удаляться.
Приобретаемый опыт в работе позволяет использовать оптимальное количество припоя при пайке, не приводящее к образованию грата в соединении.
После окончания монтажа системы надо как можно скорее провести технологическую промывку системы для удаления остатков флюса с внутренних поверхностей, поскольку, флюс попавший при пайке внутрь соединения и будучи агрессивным веществом, может привести к нежелательной коррозии металла.
Контроль качества пайки
Контроль качества является важнейшей операцией. С целью унификации паяных сборочных единиц, установления норм и требований к паяным изделиям разработан стандарт ГОСТ 19249-73 «Соединения паяные. Основные типы и параметры» . Стандарт определяет конструктивные параметры паяного соединения, его условные обозначения, содержит классификацию основных типов соединений.
Дефекты паяных соединений
Качество паяных изделий определяется их прочностью, степенью работоспособности, надежностью, коррозионной стойкостью, способностью выполнять специальные функции (герметичность, теплопроводность, стойкость к изменениям температуры и т.п.). К наиболее типичным дефектам паяных соединений относятся поры, раковины, шлаковые и флюсовые включения, непропаи, трещины.
Причиной образования непропаев, может явиться, блокирование жидким припоем газа при наличии неравномерного нагрева или неравномерного зазора, местное отсутствие смачивания жидким припоем поверхности паяемого металла. Трещины в паяных швах могут возникать под действием напряжений и деформаций металла изделия в процессе охлаждения.
Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых возникают при недостаточно тщательной подготовке поверхности изделия к пайке или при нарушении ее режима. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с паяемым металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем. Шлаковые включения могут образоваться также из-за взаимодействия припоев и флюсов с кислородом воздуха или пламенем горелки.
Правильное конструирование паяного соединения (отсутствие замкнутых полостей, равномерность зазора), точность сборки под пайку, дозированное количество припоя и флюсующих сред, равномерность нагрева - условия бездефектности паяного соединения.
Способы контроля качества паяных изделий
Для оценки качества паяных изделий применяется контроль без разрушения и с разрушением. Технический осмотр изделия невооруженным глазом или с применением лупы в сочетании с измерениями позволяет проверить качество поверхности, заполнение зазоров припоем, полноту галтелей, наличие трещин и других наружных дефектов.
В соответствии с требованиями технических условий паяные изделия подвергают другим методам неразрушающего контроля. При необходимости применяют распай соединения, дающий полное представление о качестве соединения. Применяется в качестве выборочного контроля.
Безопасность
Соблюдение правил безопасности имеет большое значение При проведении паяльных работ необходимо соблюдать правила безопасности, так как флюсы и сплавы могут содержать вредные вещества. Флюсы, нанесенные во время пайки в холодном или нагретом состоянии, расщепляются и выделяют пары, которые могут содержать токсичные вещества и нанести вред здоровью.
Необходимо принимать тщательные меры предосторожности при использовании низкотемпературного медного припоя, содержащего кадмий, в связи с отравляющим воздействием паров кадмия. При пайке необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию, так как может появиться вредный для здоровья дым фтористых соединений из флюса в котором используется фтор.
Чтобы избежать вреда, рекомендуется проводить все работы в хорошо проветриваемом помещении, убедиться в том, что данная продукция произведена в соответствии с действующими нормами, установленным в отношении токсичных веществ, внимательно изучить описание их свойств, которое имеется на этикетке.
При высокотемпературной пайке для травления соединительных деталей могут применяться растворы кислот и щелочи. Работать с ними необходимо в резиновых перчатках и кислотостойкой одежде. Лицо и глаза необходимо защищать от брызг защитными очками. После окончания работ и перед принятием пищи необходимо тщательно вымыть руки.
При пайке газовой горелкой перед началом работы необходимо проверить герметичность шлангов и аппаратуры. Баллоны с газом должны храниться в вертикальном положении. Емкости с растворами после работы сдаются на склад, не допускается слив растворов и щелочей в канализацию.
При производстве работ по монтажу медных внутренних сантехнических систем необходимо соблюдать требования техники безопасности согласно СНиП 12-04.
В некоторых странах для использования флюсов при пайки медных труб, предназначенных для водоснабжения, и газопроводов, необходимо, согласно местным правилам, получить разрешение от властей.
Нормативная документация по пайке и сварке: ГОСТ 1922249-73 и ГОСТ 16038-80. Европейский стандарт TN 1044. Использование газов для газопламенной пайки и сварки регламентируется ГОСТ 5542-87, и ГОСТ 20448-90.
Надежность и долговечность труб из меди не подвергается сомнению. Однако пайка медных труб своими руками потребует большей сноровки, чем, например, пластиковых. Выбор технологии соединения изделий зависит от назначения трубопровода. Наиболее часто применяются две технологии. Высокотемпературная сварка чаще всего используется, если подразумевается, что нагрузки на систему будут высокими. Для обустройства бытовых трубопроводов отлично подходит низкотемпературная пайка.
Прежде чем приниматься за самостоятельное выполнение работ, следует внимательно изучить технологии, ведь они требуют ответственного и внимательного подхода.
Соединение труб из меди с применением высокотемпературной пайки осуществляется при температурах выше 450 градусов. Необходимость применения столь высоких температур обусловлена использованием металлов с более высокой температурой плавления, чем олово. Основу смеси для высокотемпературного припоя составляют медь, серебро и некоторые другие металлы. Припой, сделанный с использованием тугоплавких материалов, дает так называемый, пьяный шов, который обладает рядом преимуществ по техническим параметрам. Такой шов незаменим в случаях, когда необходимо соединить трубы большого диаметра.
Для сооружения водопроводов высокотемпературный способ используется, когда температура теплоносителя выше 130 градусов, а диаметр изделия больше 28 мм. Благодаря высокой надежности и прочности шва, получающегося в результате высокотемпературного соединения, такой метод широко распространился в газовой промышленности.
Твердая пайка очень часто применяется при устройстве отопительных систем. При производстве сантехнических работ использование этого метода позволяет устроить отвод от уже собранной системы отопления.
Главная особенность высокотемпературной пайки состоит в отжиге металла, после которого он размягчается.
Чтобы избежать потери прочности меди, следует позволить ей остыть естественным путем, а чрезмерного нагрева следует избегать.
Технология низкотемпературной пайки
В бытовом отоплении, водоснабжении, а так же других отраслях, в которых температура относительно не высока, наиболее часто применяется метод низкотемпературной пайки. Такой способ применяется в системах с использованием температуры ниже 450 градусов и для изделий небольшого диаметра.
Такая технология пайки позволяет не отжигать металл, что в свою очередь поспособствовало широкому распространению этого метода при проведении сантехнических работ. Этот метод является наиболее безопасным при осуществлении работ собственными силами.
Основные этапы пайки
Все работы по производству спайки можно разбить на следующие технологические шаги:
- Резка изделия.
- Очистка наружной и внутренней поверхностей трубы и раструба.
- Проверка соединяемых деталей и зазора.
- Нанесение флюса на поверхность изделия.
- Сборка.
- Нагрев.
- Заполнение монтажного зазора припоем.
- Охлаждение пайки.
- Удаление остатков флюса и очистка соединения.
Прежде, чем приниматься за пайку медных труб, нужно соответствующим образом подготовить срезы - зачистить их, устроить технические зазоры, чтобы затем заполнить их смесью припоя. Для сварки труб используется специальное вещество, называемое флюс. Флюс позволяет равномерно распределить припой по всему объему зазора и сделать шов более надежным. Основное правило при использовании этого вещества состоит в том, чтобы избежать попадания влаги на подготовленную поверхность. После выполнения всех правил можно приниматься за работу.
Нагрев изделий при низкотемпературной пайке
Для производства этого типа работ потребуются низкотемпературный флюс, газовая горелка на пропане и газовая смесь: пропан-бутан-воздух. Иногда используется воздушно-пропановая смесь.
Для производства низкотемпературной пайки может использоваться электрический паяльник, который тоже подходит для нагрева элементов соединения. Если для нагрева используется газовая горелка, то нужно иметь в виду, что пятно контакта постоянно должно перемещаться, что позволит добиться равномерного нагрева.
Если с первого касания припой не плавится, нужно продолжить процесс. Но как только припой размягчился, нужно отвести пламя и позволить припою распределиться по техническому зазору.
Нагрев изделий при высокотемпературной пайке
Технология высокотемпературной пайки, благодаря надежности и прочности, также известна как "твердая". Для сварки по такой технологии используется ацетилен-воздушная или пропан-кислородная газовые смеси. Для соблюдения всех требований технологии, пламя должно быть горячим, о чем свидетельствует его ярко-синий цвет.
Пламя горелки следует перемещать по всей длине шва и окружности изделия, это позволит добиться равномерного нагрева. Детали соединения следует нагревать до 750 градусов. Нужную температуру легко определить по темно-вишневому цвету нагреваемых изделий.
Видео
Предлагаем вашему вниманию видеоролик, демонстрирующий процесс пайки медных труб.
Пайка - это процесс получения неразъемного соединения материалов в твердом состоянии при нагреве ниже температуры их плавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем с последующей кристаллизацией жидкой фазы и образованием спая.
Преимущества пайки как технологического процесса и преимущества паяных соединений обусловлены главным образом возможностью формирования паяного шва ниже температуры плавления соединяемых материалов. Такое формирование шва происходит в результате контактного плавления паяемого металла в жидком припое, внесенном извне (пайка готовым припоем), либо восстановленным из солей флюса (реактивно-флюсовая пайка), либо образовавшемся при контактно-реактивном плавлении паяемых металлов, контактирующих прослоек или паяемых металлов с прослойками (контактно-реактивная пайка). В отличие от автономного плавления (одностадийного процесса, протекающего в объеме при температуре, равной или выше температуры солидус соединяемых материалов), контактное плавление того же материала протекает при контактном равновесии по поверхности контакта с твердым, жидким, газообразным телом, иными по составу. Это многостадийный процесс, протекающий по разным механизмам; жидкая фаза при контактном плавлении твердого тела образуется ниже его температуры солидус.
Пайка обеспечивает получение бездефектных, прочных и работоспособных в условиях длительной эксплуатации, паяных соединений, если учтены физико-химические, конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы.
Возможность образования спая между паяемым металлом и припоем характеризуется паяемостью, т.е. способностью паяемого металла вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать паяное соединение. Практически пайкой можно соединить все металлы, металлы с неметаллами и неметаллы между собой. Необходимо только обеспечить такую активацию их поверхности, при которой стало бы возможным установление между атомами соединяемых материалов и припоя прочных химических связей.
Для образования спая необходимым и достаточным является смачивание поверхности основного металла расплавом припоя, что определяется возможностью образования между ними химических связей. Смачивание принципиально возможно в любом сочетании основной металл - припой при обеспечении соответствующих температур, высокой чистоты поверхности или достаточной термической или другого вида активации. Смачивание характеризует принципиальную возможность пайки конкретного основного металла конкретным припоем. При физической возможности образования спая (физической паяемости) уже в какой-то мере гарантирована паяемость с технологической точки зрения при обеспечении соответствующих условий проведения процесса пайки.
Паяемость того или иного материала нельзя рассматривать как способность его подвергаться пайке различными припоями. Можно рассматривать только конкретную пару, и в конкретных условиях пайки. Важным моментом в оценке паяемости, как физической, так и технической, является правильный выбор температуры пайки, которая нередко является решающим фактором не только для обеспечения смачивания припоем поверхности металла, но и дополнительным важным резервом повышения свойств паяных соединений. При оценке паяемости нужно учитывать температурный интервал активности флюсов.
Паяльный флюс - это активное химическое вещество, предназначенное для очистки и защиты поверхности паяемого металла и припоя, в первую очередь, от окисных пленок. Однако флюсы не удаляют посторонние вещества органического и неорганического происхождения (лак, краску). Механизм флюсования флюсами, самофлюсующими припоями, контролируемыми газовыми средами, в вакууме, физико-механическими средствами может выражаться:
1. В химическом взаимодействии между основными компонентами флюса и окисной пленкой, образующиеся при этом соединения растворяются во флюсе, либо выделяются в газообразном состоянии;
2. В химическом взаимодействии между активными компонентами флюса и основным металлом, в результате происходит постепенный отрыв окисной пленки от поверхности металла и переход ее во флюс;
3. В растворении окисной пленки во флюсе;
4. В разрушении окисной пленки продуктами флюсования;
5. В растворении основного металла и припоя в расплаве флюса.
Окисные флюсы взаимодействуют преимущественно с окисной пленкой. Основой флюсования галоидными флюсами является реакция с основным металлом. Для повышения активности оксидных флюсов вводят фториды и фторборы, в результате одновременно с химическим взаимодействием между окислами происходит растворение окисной пленки во фторидах.
К активным газовым средам относятся газообразные флюсы, которые работают самостоятельно или как добавка в нейтральные или восстановительные газовые среды для повышения их активности. При пайке металлов в активных газовых средах удаление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя происходит в результате восстановления окислов активными компонентами сред или химического взаимодействия с газообразными флюсами, продуктами которого является летучие вещества или легкоплавкие шлаки, к восстановительным средам относятся водород и газообразные смеси, содержащие водород и окись углерода в качестве восстановителей окислов металлов.
В качестве нейтральных газовых сред используют азот, гелий и аргон, роль газовой среды сводится к защите металлов от окисления. Как газовая среда вакуум защищает металлы от окисления и способствует удалению с их поверхности окисной пленки. При пайке в вакууме, в результате разрежения, парциальное давление кислорода становится ничтожно малым и, следовательно, уменьшается возможность окисления металлов. При высокотемпературной пайке в вакууме создаются условия для диссоциации окислов некоторых металлов.
По условиям заполнения зазора способы пайки разделяются на капиллярные и некапиллярные.
Капиллярная пайка по методу образования спая разделяется на пайку готовым припоем, контактно-реактивную, диффузионную и реактивно-флюсовую. При капиллярной пайке расплавленный припой заполняет зазор между паяемыми деталями и удерживается в нем под действием капиллярных сил. Капиллярная пайка, при которой используется готовый припой и затвердевание шва происходит при охлаждении, называется пайкой готовым припоем. Контактно-реактивной называется капиллярная пайка, при которой припой образуется в результате контактно-реактивного плавления соединяемых материалов, промежуточных покрытий или прокладок с образованием эвтектики или твердого раствора. При контактно-реактивной пайке нет необходимости в предварительном изготовлении припоя. Количество жидкой фазы можно регулировать изменением времени контакта, толщиной покрытия или прослойки, т.к. процесс контактного плавления прекращается после расходования одного из контактирующих материалов.
Диффузионной называется капиллярная пайка, при которой затвердевание шва происходит выше температуры солидус припоя без охлаждения из жидкого состояния. Припой, применяемый при диффузионной пайке, может быть полностью или частично расплавленным, может образовываться при контактно-реактивном плавлении соединяемых металлов с одной или несколькими прослойками других металлов, нанесенных гальваническими способами, напылением или уложенных в зазор между соединяемыми деталями, или в результате контактного твердо-газового плавления. Цель диффузионной пайки - проведение процесса кристаллизации таким образом, чтобы обеспечить наиболее равновесную структуру соединения, повысить температуру распайки соединений.
При реактивно-флюсовой пайке припой образуется в результате восстановления металла из флюса или диссоциации одного из его компонентов. В состав флюсов при реактивно-флюсовой пайке входят легковосстанавливаемые соединения. Образующиеся в результате реакции восстановления металлы в расплавленном состоянии служат элементами припоев, а летучие компоненты реакции создают защитную среду и способствуют отделению окисной пленки от поверхности металла.
Некапиллярная пайка разделяется на пайку-сварку и сварку-пайку. Пайко-сварка относится к процессам исправления дефектов в чугунных, алюминиевых и др. деталях, выравнивания поверхности, устранения вмятин, т.е. заливку расплавленным припоем с использованием технических возможностей низко- и высокотемпературной пайки. Обычно используется для изделий из чугуна и выполняется припоями из латуни с добавлением кремния, марганца, аммония. Сварко-пайка применяется при соединении разнородных металлов за счет расплавления более легкоплавкого металла и смачивания им поверхности более тугоплавкого металла. Необходимая температура подогрева поверхности тугоплавкого металла достигается за счет регулирования величины смещения электрода от оси шва к более тугоплавкому металлу. При подготовке изделий к пайке, при необходимости, на паяемую поверхность наносят металлические покрытия. Технологические покрытия (медь, никель, серебро) наносят на поверхность труднопаяемых металлов, либо металлов, поверхность которых при пайке интенсивно растворяется в припое, что вызывает ухудшение смачивания и капиллярного течения припоя в зазоре, хрупкость в соединениях, по месту нанесения припоя появляется эрозия, подрезы основного металла. Назначение покрытия - предотвращение нежелательного растворения основного металла в припое и улучшение смачивания; в процессе пайки покрытие должно полностью растворяться в расплавленном припое.
При капиллярной пайке используются нахлесточные, стыковые, косостыковые, тавровые, угловые, соприкасающиеся соединения. Нахлесточные соединения наиболее распространены, т.к. изменяя длину нахлестки, можно изменять характеристики прочности изделия. Нахлесточные паяные соединения обладают некоторыми преимуществами перед нахлесточными сварными, передача усилий в которых происходит по периметру элемента. В сварных конструкциях любые швы являются источником концентрации напряжений в переходной зоне от основного металла к шву, и при неблагоприятных очертаниях шва концентрация достигает значительных величин. Сопоставление механических свойств паяных и сварных соединений позволяет сделать следующие выводы:
1. Применение пайки наиболее эффективно в тонкостенных конструкциях, толщиной не более 10 мм;
2. Производительность технологического процесса пайки оказывается часто более высокой;
3. Паяные соединения вызывают, как правило, меньшие остаточные деформации;
4. Паяные конструкции в большинстве случаев имеют меньшую концентрацию напряжений по сравнению со сварными.
Прочность паяных соединений определяется также влиянием дефектов, которые могут образовываться при несоблюдении оптимальных условий и режима пайки. Типичные дефекты, которые снижают прочность паяных соединений - поры, раковины, трещины, флюсовые и шлаковые включения, непропаи.
Все дефекты сплошности в паяных соединениях разделяются на дефекты, связанные с заполнением жидким припоем капиллярных зазоров, и дефекты, возникающие при охлаждении и затвердевании паяных швов. Возникновение первой группы дефектов определяется особенностями движения расплавов припоев в капиллярном зазоре (поры, непропаи). Другая группа дефектов появляется из-за уменьшения растворимости газов в металле при переходе из жидкого состояния в твердое (газо-усадочная пористость). К этой группе относится также пористость кристаллизационного и диффузионного происхождения.
Трещины в паяных швах могут возникнуть под действием напряжений и деформаций металла изделий или шва в процессе охлаждения. Холодные трещины возникают в зоне спаев при образовании прослоек хрупких интерметалидов. Горячие трещины образуются в процессе кристаллизации; если в процессе кристаллизации скорость охлаждения высока и возникающие при этом напряжения велики, а деформационная способность металла шва мала, то возникают кристаллизационные трещины. Полигонизационные трещины в металле шва возникают уже при температурах ниже температуры солидус после затвердевания сплава по так называемым полигонизационным границам, которые образуются при выстраивании дислокации в металле в ряды и образовании сетки дислокации под действием внутренних напряжений. Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых могут возникать в результате недостаточно тщательной подготовки поверхности изделия к пайке или при нарушении режима пайки. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с основным металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем.