Пайка медных труб: мягкий и твёрдый припой

Пайка медных труб: мягкий и твёрдый припой

Техника соединения медных труб легка и надежна. Наиболее распространенной техникой соединения является капиллярная высокотемпературная пайка. Данный способ основан на капиллярном эффекте, суть которого заключается в том, что при небольшом расстоянии между стенками двух смачиваемых поверхностей, жидкость за счет адгезии поднимется вверх по капилляру, преодолевая силу тяжести. Именно данный эффект позволяет припою (рекомендуемый - серебряно-бронзовый, но ни в коем случае не свинцовый) равномерно распространяться по всей поверхности независимо от положения трубы (можно, например, подавать припой снизу).
Для улучшения качества пайки и повышения коэффициента адгезии используются специальные флюсы, а поверхности под пайку предварительно зачищаются.
Высокотемпературную пайку с помощью горелки должен выполнять квалифицированный специалист. Также мы предлагаем специальный паяльный аппарат для электроиндукционной пайки, когда за счет подачи индукционных токов, нагревается сама труба.
Это самый надёжный, оптимальный способ соединения медных труб, который также экономит затрачиваемые средства, так как фитинги для пайки очень дёшевы. При соединении труб высокотемпературной пайкой, всю систему можно даже заливать раствором и бетоном, что не допускается при соединении на "скрутки".
Недостаток данного соединения - пропаянное высокотемпературной сваркой соединение отжигается и превращается в мягкую медь.

Связанные вопросы и ответы:

Какие инструменты необходимы для пайки медных труб мягким и твёрдым припоем

1. Труборез

Используется для нарезания труб по длине, в продаже есть множество по виду разных труборезов, но принцип работы у всех одинаков.
Труба зажимается между роликами и лезвием и начинаем вращать вокруг трубы, подтягивая натяжной болт на 1/3 оборота, после каждого оборота трубореза. Через пять шесть оборотов труба будет разрезана.
2. Горелка газовая

Используется при низко температурной пайки меди (Низкотемпературная пайка — это пайка при температуре менее 450°С ) с оловянным припоем.
В продаже есть множество разных конструкций горелок, но не все они годятся для пайки. Внимательно прочитайте инструкцию от горелки, там обычно пишут для чего она предназначена, и не стоит брать ту горелку, где инструкция начинается со слов "разжигаться мангал"! Для вас, самое главное нужно выбрать горелку с узко направленным пламенем.

Такая горелка способна нагреть трубу за несколько секунд, а газового баллончика хватит на несколько сотен стыков.
В баллон горелки заправлена смесь пропана-бутана, притом, чем выше процентное соотношение бутана к пропану, тем температура пламени будет выше.

3. Металлическая шерсть

Применяется для механической зачистки меди.
Просто следует обжать конец трубы металлической шерстью и сделать несколько вращательных движений трубой.
Также следует зачистит и фитинг но уже из внутри
Для фитингов можно также использовать специальные ёршики, но ни в коем случае нельзя пользоваться напильником или грубой наждачной бумагой !

Теперь что нужно для самой пайки:

1. В первую очередь это припой (олово)

Припой продаётся в катушках и представляет собой оловянную проволоку диаметром 3мм.
В принципе всё что нужно при выборе, это найти надпись БЕЗ СВИНЦА , или по английски LEAD FREE .
Такой припой можно использовать в водопроводах ну и конечно в самогонных аппаратах . его состав S-Sn97Ag5 (L-SnAg5) (состав Sn 97% Ag 5%),

2. Флюс

Очень важная вещь при пайке !
Для качественного соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием капиллярных сил и «смочить» основной металл. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. А сам шов получается прочным при защите пайки от кислорода воздуха. Поэтому для повышения адгезии припоя и получения качественной пайки поверхности соединения обязательно механически зачищаются и используют флюсы.
В принципе при выборе Флюса, не важно предназначены они для припоя с свинцом или без, они все взаимозаменяемы, зато флюсы для пайки например нержавейки абсолютно не годятся.
Можно использовать простой канифоль, правда могут быть проблемы с нанесением.

В чём заключается основное различие между мягким и твёрдым припоем

Мягкие припои — это легкоплавкие сплавы. Температура плавления не более 300 °C. При этом показатель прочности материала 16—100 Мпа.

В основном мягкие припои состоят из двух компонентов: свинца и олова. Пропорциональное соотношение этих материалов различно и со временем претерпело определенные изменения. Сегодня применяются сплавы, где процент олова содержится в диапазоне от 10% до 90%.

Они обладают собственной маркировкой. Например, ПОС-10 расшифровывается как оловянно-свинцовый припой , в составе которого находится 10% олова. Диапазон температуры плавления мягких расходников составляет 220—280 °C.

Также имеются и другие виды легкоплавких припоев, используемых для выполнения специальных задач.

• ПОССу. Припой, в состав которого дополнительно входит сурьма. За счет наличия этого компонента расходник может использоваться при пайке оцинкованных деталей. При этом прочность соединения находится на очень высоком уровне. Благодаря сурьме припой приобретает более пластичную структуру.
• ПОСК. В состав данного расходного материала входят компоненты, значительно уменьшающие температуру его плавления. В результате ПОСК можно использовать для пайки деталей, перегрев которых крайне нежелателен.
• ПОЦ или «А». Химические свойства данного припоя позволяют соединять детали, выполненные из цветного металла.

Кроме ПОЦ (оловянно-цинковый) имеются и другие типы бессвинцовых припоев. Применяются они реже. Для придания расходнику определенных свойств в их состав включают медь, серебро, висмут и т.д.

Как подготовить медные трубы перед пайкой

Для производства работ по пайке медных труб необходимы специальные инструменты и материалы.

• Горелка для пайки. Главный инструмент, без которого не обойтись. Лучше выбрать газосварочный аппарат с регулировкой пламени. Часто используется пропановая газовая горелка, обычно у нее есть режим экономии газа и его подачи. Пламя мягкое и не обжигает медь. Можно выделить ацетиленовые кислородные горелки, они надежно и прочно спаивают детали. Ацетиленокислородные горелки бывают либо одноразовые с баллоном. Горелка бывает портативная либо стационарная. В отдельных случаях можно использовать паяльник.

• Припой для пайки медных труб. При пайке можно использовать либо высокие температуры (пайка называется высокотемпературной), либо относительно невысокие (пайка называется низкотемпературной).

Существуют твердые и мягкие припои.

1. Низкотемпературные припои те, у которых температура плавления меньше 300C. Предел прочности у них составляет 16-100 МПа. Такие припои позволяют выполнить работу при температуре, которая почти не влияет на характеристики меди. Практика показывает, что это дает менее прочные швы. Низкотемпературные используют для водоснабжения и отопления. Всем известно, что свинец негативно влияет на здоровье человека, поэтому существуют бессвинцовые припои. Используются они в конструкциях трубопровода питьевой воды. Бессвинцовый припой, по большей части, состоит из олова, остальное – примеси. Такой материал обходится недешево.
2. Припои для высокотемпературной пайки обладают температурой плавления выше 300C и пределом прочности 100-500 МПа. А также плотностью шва, устойчивостью к высоким температурам. Но требуется большой опыт работы, у новичков же встречаются частые ожоги меди, этот металл легко пережечь. Офлюсованные припои хороши тем, что в их составе и на поверхности присутствует флюс. Использование дополнительного флюса не нужно даже для сложных конструкций.

Какие сплавы используются для мягкого и твёрдого припоя

Припои делят на мягкие (легкоплавкие) и твёрдые. Для монтажа радиоаппаратуры применяются как раз легкоплавкие припои, т.е. такие, температура плавления которых лежит в пределах до 300 - 450⁰C. Мягкие припои по своей прочности уступают твёрдым, но для сборки электронных приборов применяются лишь мягкие припои.

Припой представляет собой сплав металлов. Для легкоплавких припоев это, как правило, сплав олова и свинца. Именно эти металлы составляют большую часть в сплаве. Также в сплаве могут присутствовать и легирующие металлы, но их количество в составе сплава невелико. Примеси других металлов вводят в оловянно-свинцовые припои для получения определённых характеристик (температуры плавления, пластичности, прочности, устойчивости к коррозии).

Наиболее распространены припои ПОС (припой оловянно-свинцовый). Далее за кратким обозначением марки припоя следует число, которое показывает процентное содержание в нём олова. Так в припое ПОС-40 содержится 40% олова, а в припое ПОС-60, соответственно, 60%.

Бывает, что в пользование попадает припой неизвестной марки. Приблизительно оценить состав припоя можно по косвенным параметрам:

• Припои оловянно-свинцовой группы имеют температуру плавления 183 – 265C.
• Если припой имеет яркий металлический блеск, то в таком припое достаточно большое содержание олова (ПОС-61, ПОС-90).

Наоборот, если припой тёмно-серого цвета, а поверхность матовая, то в таком припое большое процентное содержание свинца. Именно свинец придаёт припою своеобразный сероватый оттенок.

• Также припои, в которых много свинца очень пластичны.

Так, например, пруток диаметром 8 мм. из припоя с большим содержанием свинца (ПОС-30, ПОС-40) легко гнётся руками. Олово, в отличие от свинца, придаёт припою прочность и жёсткость.

Рассмотрим, в каких целях используются припои оловянно-свинцовой группы (ПОС).

• (Sn 90%,Pb 10%). Этот припой применяется при ремонте пищевой посуды и медицинского оборудования. Как видим, в нём небольшое содержание свинца (10%), который достаточно токсичен и его применение в вещах, соприкосающихся с пищей и водой недопустимо.
• (Sn 40%,Pb 60%). В основном служит для пайки электроаппаратуры и деталей из оцинкованного железа, ремонта радиаторов, латунных и медных трубопроводов.
• (Sn 30%,Pb 70%). Данный припой применяется в кабельной промышленности, а также он служит для лужения и пайки листового цинка.
• И, наконец,

Припой ПОС-61 используется для лужения и пайки печатных схем радиоаппаратуры. Именно этот припой в основном служит материалом для сборки электроники. Температура его плавления начинается со 183C, а полное расплавление достигается при температуре в 190C.

Производить пайку таким припоем можно с помощью обычного паяльного инструмента не боясь перегрева радиоэлементов, поскольку полное расплавление припоя достигается уже при 190C.

Такие припои, как ПОС-30,ПОС-40,ПОС-90 полностью расплавляются при температурах в 220 – 265C. Для многих радиоэлектронных компонентов такая температура является предкритической. Поэтому для сборки самодельных электронных устройств лучше использовать ПОС-61.

Зарубежным аналогом припоя ПОС-61 можно вполне считать припой (олова 63%, свинца 37%). Он также применяется для пайки радиоаппаратуры и для изготовления самодельной электроники. Радиолюбители выбирают именно его, как альтернативу отечественному припою ПОС-61.

Одной из разновидностей припоев ПОС является припой марки . Да, если произнести вслух, то звучит не очень то презентабельно . Но, несмотря на это, оловянно-свинцовый припой c сурьмой (именно так расшифровывается сокращённое обозначение) применяется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки обмоток электрических машин, элементов электроаппаратуры, моточных деталей и кабельных изделий. Хорошо подходит для пайки оцинкованных деталей. В таких припоях кроме свинца и олова присутствует от 0,5% до 2% сурьмы.

Как видим из таблицы, припой ПОССу-61-0,5 наиболее подходит для замены ПОС-61, так как имеет температуру полного расплавления – 183C.

В каких случаях рекомендуется использовать мягкий или твёрдый припой

Свинец считается вредным для здоровья человека элементом. Использование свинцовосодержащих припоев категорически запрещается в сетях, подающих воду в многоквартирные или частные дома, на предприятия или в общественные учреждения. На другие типы коммуникаций этот запрет не распространяется.

Для высокотемпературной обработки подходят твердые тугоплавкие материалы:

• медь в сочетании с серебром и цинком – содержит меди 30%, серебра — 44% и цинка — 26%. Область сцепления отличается хорошей прочностью, сохраняет пластичность, эффективно противостоит коррозии и демонстрирует повышенную теплопроводность;
• медь с фосфором – сплав из 94% меди и 6% фосфора. В процессе пайки не нуждается в применении флюса. Делает крепкое и надежное соединение, но частично теряет эластичность при низких температурах окружающей среды;
• серебро – во время пайки требует обязательного использования флюса. Создает крепкий, надежный шов с хорошей пластичностью и высокой коррозийной устойчивостью. Стоит значительно дороже аналогов из простых металлов и широкого распространения не имеет. Применяется там, где есть экономическая целесообразность и предъявляются повышенные требования к качеству трубного соединения.

При помощи тугоплавких припоев монтируют комплексы из труб диаметром от 12 до 159 мм, включая газовые коммуникационные сети, отопительные трассы и водопроводные магистрали диаметром от 28 мм.

Чтобы медь не потеряла своих прочностных характеристик в процессе пайки, не следует опускать деталь со свежим швом в воду или подвергать ее искусственному обдуву ради охлаждения. Надежное, прочное и долговечное соединение обеспечит металл, остывший естественным путем

Использование классических медно-фосфорных или любых других элементов допускается при создании соединений внахлест. Такой вариант сцепления обеспечивает максимальную прочность конструкции и увеличивает период работы трубопровода.

Мягкие припои для удобства пользования обычно изготовляются в форме катушек. Твердые элементы поставляются в виде проволок разной длины.

Какие преимущества и недостатки мягкого и твёрдого припоя

Выбор вида припоя зависит от рода работ и спаиваемых металлов. Для большинства задач подходит состав ПОС. Его маркировка содержит две группы букв и цифр.

Первая, ПОС, означает припой из олова и свинца. Также есть другие обозначения: ПОСу — олово и сурьма, ПОССу — то же плюс свинец.

Цифра в конце маркировки означает процент содержания олова. Чем больше, тем выше доля металла в сплаве.

Важный показатель выбора припоя для пайки — температура плавления. Эта характеристика связана с твердостью состава. Поэтому выделяют два вида составов:

Мягкий. К этой группе относят припой для пайки, имеющий температуру плавления до 300 °C. Еще одна характеристика — выдерживаемое усилие на разрыв. Для мягких составов она не превышает 100 МПа.

Твердый. К этому классу относятся сплавы с температурой плавления свыше 300 °C. Они прочнее мягких. Выдерживают на разрыв более 100 МПа. Особо прочные составы — до 500 МПа.

Большинство разновидностей ПОС имеют температуру плавления от 183 до 280 °С. На этот параметр влияет прежде всего содержание олова. Чем выше число в маркировке, тем ниже температура плавления. Например, для ПОС-15 она составляет примерно 280 °C, а для ПОС61 — 183 °C. Для чистого свинца, для сравнения, температура плавления может достигать 387 °С, а для олова — примерно на 150 градусов ниже — 231 °C.

Российские стандарты для ПОС и их применения приведены в следующей таблице.

Для применения в электротехнике используются припои, содержащие около 40% свинца. Например, радиолюбители чаще выбирают марку ПОС-60. Его температура плавления невысока, что позволяет снизить риск для капризных к перегреву электронных компонентов при пайке.

А вот для лужения и заделывания дыр в посуде, наоборот, применяют ПОС-90, в котором свинца всего 10%. Этот металл токсичен, его контакт с пищевыми продуктами нежелателен.

Иностранные производители маркируют свои составы несколько иначе, но принцип указания процента олова и свинца сохраняется. Например, Sn60Pb40. Маркировка означает, что в сплаве в долях 60 к 40 участвуют два металла: легкоплавкое олово и более устойчивый к нагреванию свинец.

Также в состав добавляют серебро, обозначается Ag. Такой сплав можно использовать для пайки посеребренных проводников. Есть составы с медью, обозначение — Cu. В обоих случаях процент содержания не превышает 2% по массе.

Пример таблицы для припоя иностранного производства.

Имеют ли иностранные составы для пайки преимущество перед отечественными? Они стоят дороже. Качество зависит от производителя и завода.

При регулярных работах большого объёма имеет значение стоимость состава. В этом смысле более рентабельными оказываются те, которые содержат около 60% олова и 40% свинца, отечественных заводов.

Как обеспечить прочность и герметичность пайки

Пайка металлов — это технологическая операция, в результате проведения которой образуется неразъемное соединение металлов, находящихся в твердом состоянии. Проводится эта операция с помощью специального присадочного материала — припоя, температура плавления которого ниже, чем температура плавления материалов, подлежащих обработке. Процесс пайки имеет некоторые общие черты с процессом сварки методом плавления, но в данном случае растворение и диффузия наблюдаются не только у припоя, но и у спаиваемого металла.

Соединение, образовавшееся в процессе пайки металлов, должно соответствовать служебным свойствам изделия и условиям его эксплуатации. Исходя из этого, особые требования могут предъявляться к степени герметичности, коррозионной стойкости, вакуум-плотности, способности противостоять перегрузкам и термоударам, уровню электросопротивления и т. д.

В процессе пайки основной материал растворяется в жидком припое. Образуются эвтектик и твердые растворы. Между припоем и металлом возникает взаимная диффузия компонентов, завершающаяся кристаллизацией жидкой прослойки.

Степень прочности соединения, образовавшегося в процессе пайки, зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это химический состав материалов, находящихся в работе. Он определяет выбор температуры и времени продолжительности пайки, характер физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между основным материалом и припоем.

Показатели механической прочности будут тем выше, чем больше степень взаимной диффузии между расплавленным припоем и металлом. Повлиять на прочность пайки может и величина зазора. Его минимальные размеры обеспечат возможность качественного и быстрого затекания припоя в имеющиеся полости, в результате чего значение временного сопротивления паяного соединения окажется больше значения временного сопротивления самого припоя.