Низкотемпературная пайка. Специальные методы паяния. Низкотемпературная пайка Подготовка поверхности деталей под пайку
Создание медных водопроводов – занятие для состоятельных домашних мастеров. Тем не менее, можно сэкономить и на такой дорогостоящей затее. Работы по соединению труб легко выполнить самостоятельно.
Тем более что технология пайки медных труб пригодится не только при строительстве дома. Ремонт изделий, в которых применяется медь – не такая редкость. Это может быть теплообменник, самогонный аппарат, и даже медный провод большого диаметра. Принцип работы приблизительно одинаков.
Пайка медных труб своими руками – особенности работы с материалом
Медь – это металл с высокой теплопроводностью. С точки зрения пайки, свойство имеет как достоинства, так и недостатки.
- Преимущество заключается в том, что при небольшом перерыве в нагреве, материал будет самостоятельно сохранять тепло, и процесс не будет прерван
- Недостаток – для компенсации теплопотерь в виде рассеивания, необходим более мощный источник нагрева. К тому же, способность накапливать тепло может вызвать локальный перегрев. Это чревато сгоранием флюса, и потерей его очистительной способности
- Еще один недостаток – пайка медных трубок всегда приводит к сопутствующему нагреву всего изделия, а также точек его крепления. Необходимо работать в защитных перчатках и позаботиться о защите всех предметов, которые касаются заготовки даже на большом расстоянии.
Главное достоинство – вам не потребуется специальный или дорогостоящий инструмент для пайки медных труб. Оборудование доступно, и, как правило, имеется в запасе у любого домашнего мастера.
- Нагревательный элемент. Это может быть паяльник с массивным жалом, портативная горелка для пайки медных труб, или строительный фен большой мощности
Важно! Использование бензиновой паяльной лампы недопустимо, поскольку такое пламя вызывает жирную копоть, нарушающую адгезию припоя.
Если применяется паяльник – его мощность должна быть не менее 100 Вт. Жало массивное и широкое, чтобы обеспечить большую площадь прилегания к месту спайки. Такой паяльник называется молотковым.
- Флюсы применяются стандартные. Такими-же производится пайка медных проводов. В инструкции необходимо посмотреть максимальную температуру, которую выдерживает флюс. При ее превышении материал начинает разлагаться, а в худшем случае – обугливаться. Тогда никакой очистки не произойдет, напротив – место спайки будет зашлаковано, адгезия низкая.
Краткий экскурс по типам флюсов
Фосфорные растворители
Такой состав не только очищает поверхность от окислов, но и вытесняет воду из места пайки. Удаление остатков после окончания пайки не требуется. Самостоятельно изготовить такой флюс затруднительно.
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.
Медные трубы можно паять двумя способами: высокотемпературной и низкотемпературной пайкой. Первый вариант пайки применяют в случае повышенной нагрузки на трубопровод из меди. В большинстве бытовых случаев используют низкотемпературную пайку. Ниже будут подробно рассмотрены этапы осуществления пайки медного трубопровода.
Подготовительные работы
В процессе капиллярной пайки медных труб главным условием является присутствие между двух соединяемых поверхностей постоянного зазора. Следовательно, у обеих поверхностей форма должна быть строго цилиндрической. В процессе нарезки труб из меди могут появляться три дефекта, которые могут быть исправлены: заусенцы, деформация трубы, неровный рез. У медной трубы поверхность реза должна быть перпендикулярной оси. Чтобы избежать неровного реза, надо использовать специальный отрезной инструмент. Заусенцы удаляются путем счистки, деформация трубы устраняется посредством ручного шаблона.
На силу сцепления припоя оказывает влияние чистота спаиваемых поверхностей. На поверхности труб могут быть различные загрязнения, окисная пленка. И поверхность фитинга, и поверхность трубы необходимо зачистить металлической щеткой либо наждачной бумагой. После этого, чтобы удалить остатки абразива и загрязнений, поверхности участков пайки протирают сухой ветошью.
Чтобы избежать окисления зачищенной поверхности медной трубы, на нее сразу наносят флюс. Флюсы представляют собой вещества, проявляющие химическую активность и используемые для того, чтобы улучшить растекание жидкого припоя по поверхности паяемой, а также для очистки поверхности металла от загрязнений и окислов. Флюс надо наносить лишь на поясок трубы (без излишков), который будет соединяться с раструбом либо фитингом. Нельзя наносить флюс внутрь раструба либо фитинга либо соединения, поскольку флюс поглощает некоторое количество окислов, увеличивая при этом свою вязкость.
Когда флюс нанесен, рекомендуется сразу же соединять детали – это позволит исключить попадание посторонних частиц на влажную поверхность. Если пайка медных труб по какой-либо причине будет выполняться позже, тогда детали лучше собрать. Советуем трубу повернуть в раструбе либо фитинге, либо же наоборот – раструб вокруг оси трубы. Это позволит быть уверенным в том, что флюс в монтажном зазоре распределился равномерно и почувствовать, что труба достигла упора. После этого ветошью надо удалить видимые остатки флюса. Теперь соединение считается готовым к нагреву.
Обычно для мягкой пайки труб из меди нагрев осуществляют посредством пропановых горелок (пропан-бутан-воздух либо пропан-воздух). При данном способе пайки температура разогрева составляет от 2000С до 2500С. Между поверхностью соединения и пламенем пятно контакта постоянно перемещают. Это позволяет достигать равномерного нагревания всего соединения. При этом иногда прутком припоя касаются капиллярной щели. Достаточность нагрева с практикой определяют по окраске поверхности и возникновению дыма флюса. Электронагревание соединения принципиально в пайке медных труб не отличается.
Как правило, для мягкой пайки используют припои типа S-Sn97Ag5 (L-SnAg5) либо S-Sn97Cu3 (L-SnCu3), которые обладают высокими технологическими свойствами, а также обеспечивают высокую коррозионную стойкость и прочность соединения.
Если во время контрольного касания прутком припой еще не плавится, то нагрев продолжают. Не следует прогревать пруток подаваемого припоя. Помните об обязательном перемещении пламени – тем самым вы избегните перегревания какого-либо отдельного участка соединения. Когда припой начал плавиться, надо отвести пламя в строну и позволить припою наполнить капиллярный (монтажный) зазор.
Благодаря капиллярному эффекту заполнение капиллярного (монтажного) зазора осуществляется полностью и автоматически. Не надо вводить излишнее количество припоя, т.к. это может вызвать затекание излишков внутрь соединения.
При применении прутков припоя со стандартным диаметром от 3мм до 2,5мм, количество припоя примерно равняется диаметру медной трубы. Требуемый участок припоя, как правило, по длине отгибают в форме буквы «Г».
Твердую пайку медных труб осуществляют только газопламенным способом
(ацетилен-воздух, пропан-кислород, допускается ацетилен-кислород), поскольку
разогрев труб должен достигать температуры 7000С. Применение медно-фосфорного
припоя позволяет осуществлять пайку без флюса. Благодаря тому, что паечный шов
получается значительно прочнее, то ширину спаивания можно немного уменьшить (в
сравнении с пайкой мягкой). Чтобы производить твердую пайку, требуется наличие
высокой квалификации и опыта, иначе трубу можно легко перегреть и создать
разрыв.
Надо, чтобы пламя горелки было «нормальным» (нейтральным). В сбалансированной газовой смеси содержится равное количество газообразного топлива и кислорода, благодаря чему пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси факел пламени горелки обладает ярко синим цветом и небольшой величиной.
Соединяемые элементы труб надо нагревать равномерно по всей длине и окружности соединения. Соединяющиеся трубы в месте их соединения нагревают пламенем горелки до появления темно-вишневого цвета (температура от 7500С до 9000С). При этом надо равномерно распределять теплоту. Пайку можно выполнять в каком угодно пространственном расположении соединяемых элементов.
В случае, когда труба внутренняя уже разогрета до паечной температуры, а труба наружная обладает более низкой температурой, то расплавившийся припой перемещается к источнику теплоты, а в зазор между соединяемыми элементами не затекает.
Если же всю поверхность концов соединяемых медных труб разогревать равномерно,
то поданный к краю раструба припой расплавляется под влиянием их теплоты, после
чего равномерно идет в зазор соединения. Достаточно прогретыми для пайки
считаются те трубы, которые плавят контактирующий с ними пруток твердого припоя.
Чтобы улучшить пайку, пруток припоя предварительно немного прогревают пламенем
горелки.
Промышленностью выпускаются малогабаритные газовые горелки, оснащенные
одноразовыми баллончиками. Посредством них можно выполнять нагрев и для мягкой,
и для твердой пайки.
Финишные работы
После того, как паечные работы проведены, соединению надо обеспечить неподвижность до того момента, как затвердеет припой. Когда соединение остынет, надо изнутри и снаружи ветошью удалить остатки флюса методом промывки. Затем систему опрессовывают на наличие подтеканий. Опрессовку осуществляют способом создания в изготовленном трубопроводе давления.
Добавить в закладки
Нагрев при высокотемпературном соединении
Для «твердой» пайки применяют только газ со смесью: ацетилен-воздух или пропан-кислород, допускается газ со смесью ацетилен-кислород.
По возможности цикл нагрева должен быть коротким, при этом пламя горелки необходимо постоянно перемещать по всей длине и окружности соединения. Для быстрого нагрева горящий газ должен иметь небольшое ярко-синего цвета пламя. Соединительные детали пламенем горелки необходимо нагревать до получения темно-вишневого цвета изделий (750°С), при этом теплота должна распределяться равномерно.
При достаточном прогреве деталей припой, который подается к кромке раструба, начинает плавиться и поступать в зазор соединения. Для улучшения пайки соединения припой нужно немного прогреть пламенем горелки. Припой должен плавиться от температуры нагретого соединения, а ни в коем случае не от пламени горелки.
Искусство высокотемпературной пайки заключается в необходимости выполнить такое минимальное нагревание соединения, при котором одно касание прутком припоя приведет к полному заполнению капиллярного зазора с образованием галтели.
После застывания припоя влажной тряпкой необходимо удалить флюс (все видимые его остатки). В сантехнике, после того как монтаж трубопровода закончен, проводится технологическая промывка системы для удаления всех остатков флюса, которые остались на внутренних поверхностях труб. Флюс является агрессивным веществом и оказывает негативное влияние на организм человека.
Теперь вы знаете, как паять медные трубы. Соблюдая простые правила монтажа, которые заключаются в добросовестной очистке поверхности, нагреве соединений до необходимой температуры, неподвижности соединения при остывании припоя, можно гарантированно получить соединения с высокой прочностью.
Домашние мастера стараются выполнять строительные и ремонтные работы самостоятельно, что позволяет не только сэкономить семейный бюджет, но и быть абсолютно уверенным в качественном результате. Поэтому им приходиться овладевать новыми для себя методиками и технологиями – такими, как пайка медных труб.
Мы расскажем, как производится сборка и соединения коммуникаций из медных труб. У нас вы узнаете, какие расходные материалы и инструменты потребуются исполнителю. Полезные даже в быту навыки дадут возможность самостоятельно собирать трубопроводы с отличными эксплуатационными характеристиками.
Медные трубопроводы на практике используются редко. Причина тому – довольно высокая стоимость материалов. Однако трубопроводы из меди по праву считаются лучшими.
Этот металл превосходит все остальные материалы по термостойкости, гибкости и долговечности. после сборки можно заливать в бетон, прятать в стены и т.д. В процессе эксплуатации с ними ничего не случится.
Трубопроводы из меди считаются лучшими, так как срок их службы сопоставим со сроком эксплуатации здания, в котором они установлены
Это стоит учесть, выбирая материал для обустройства отопления или водопровода. В расчете на длительную эксплуатацию более высокие затраты вполне окупаемы. Помимо отличных эксплуатационных характеристик, которыми обладает медь, она достаточно проста в монтаже. «Страшные сказки» про трудности в пайке чаще всего преувеличены.
Медь достаточно просто паять. Ее поверхность не нуждается в применении агрессивных средств при очистке. Множество легкоплавких металлов имеет с нею высокую адгезию, что упрощает выбор припоя.
Дорогостоящие флюсы меди не нужны, поскольку при плавлении металла не происходит бурных реакций с кислородом. В процессе пайки труба не деформируется, ее форма и размеры остаются неизменными. Получившийся шов при необходимости можно распаять.
Способы паяния деталей из меди
Пайка считается оптимальным методом соединения медных деталей. В процессе работы расплавленный припой заполняет небольшой зазор между элементами, образуя при этом надежное соединение.
Наиболее распространены два способа получения таких соединений. Это высокотемпературная и низкотемпературная капиллярная пайка. Разберем, чем же они отличаются друг от друга.
Галерея изображений
