Правила пайки меди и бронзы

Использование в быту

Применение техники твердой пайки в домашних условиях предполагает наличие газовой горелки, посредством которой можно обеспечить высокую степень нагрева в зоне контакта. Помимо этого, потребуется сам тугоплавкий припой, плавящийся при температурах свыше 450 градусов, а также специальная активная добавка, называемая флюсом.

Лишь при выполнении этих требований в результате паяльных работ удается получить достаточно надежное и твердое паяное соединение.

В качестве примера можно привести использование твердого припоя при спайке рамы велосипеда, восстановление которой другими методами не так эффективно и надежно.

Твердые припои пользуются повышенным спросом при ремонте различной кухонной утвари и посуды, изготавливаемой из твердосплавных материалов (латуни или меди, например).

Чаще всего восстановительному ремонту подлежат растапливаемые углем самовары или подобные им нагревательные приспособления из тугоплавких металлов.

Добавим к этому, что бытовая пайка твердыми припоями широко востребована и при проведении ремонтных работ, касающихся восстановления отдельных узлов холодильного и теплообменного оборудования.

В последнем случае для спайки медных трубок посредством газовой горелки потребуется твердый латунный припой, позволяющий получать прочное и надежное соединение, пригодное для эксплуатации в критических условиях.

Рассмотрим особенности работы с паяльными составами различной степени тугоплавкости на примере такой распространенной операции, какой является запайка труб.

Необходимые инструменты и материалы

Приборы (паяльники)

Как известно, паяльники могут быть газовыми и электрическими . Газовый паяльник обеспечит более высокую скорость нагрева, но это практически всегда сопровождается перегревом металла. Электрический работает медленнее, зато отличается контролируемой температурой нагрева. Вдобавок, отсутствует открытое пламя, что делает электропаяльник более безопасным в обращении, особенно, когда в зоне пайки могут находиться другие материалы, устройства или легковоспламеняемые вещества.

Параметрами выбора являются:

1. Мощность. Минимальной будет та, что обеспечит нагрев металла в зоне пайки до температуры не ниже 450С. Имеются в продаже и более мощные приборы: например, паяльник Rotenberger Rotherm 2000 гарантирует нагрев до 800…900С (впрочем, он и стоит намного дороже бюджетных моделей отечественного или китайского производства).
2. Способ питания – от стационарной электросети или аккумуляторный через понижающее устройство. Надёжнее и проще использовать паяльник с прямым подключением.
3. Масса. При выполнении сложных манипуляций с прибором лучше, чтобы паяльник был как можно легче, особенно, если припаивать медные трубы приходится в не совсем комфортных условиях.
4. Площадь поперечного сечения контакта. Чем толще стенка трубы, тем мощнее должен быть паяльник.

Паяльник для труб ПВХ: аппарат для сварки пластиковых видов, описание Трубы из ПВХ все чаще используются в частном и многоэтажном строительстве вместо металлических аналогов. Они имеют малый вес, высокую прочность, не поддаются коррозии. Для соединения элементов…

Припои и другие расходные материалы

Припой вводится в зазор между трубой и арматурой, площадь которого влияет на два важных аспекта пайки медных труб: прочность соединения и легкость пайки. С точки зрения прочности представляется, что чем больше зона перекрытия, тем лучше. На самом деле, это не так: доказано, что, перекрытие, превышающее в два раза толщину более тонкого элемента, уже не делает соединение более прочным, а только затрудняет создание надежного соединения.

Причины следующие. Во-первых, паяный металл должен равномерно перетекать в зазор между деталями по всей длине и окружности соединения. Одним из препятствий является то, что чем длиннее перекрытие, тем дольше должен течь паяный металл, и тем больше у него возможностей улавливать газы, выделяющиеся при пайке труб. Это вызывает пустоты в стыке. Достаточная подача флюса и достаточно высокий равномерный нагрев соединения способствуют потоку паяного металла в соединение, но по мере увеличения перекрытия и увеличения диаметра обеспечить такой процесс труднее.

Во-вторых, припой начинает плавиться при более низкой температуре, чем температура расплава, называемая температурой солидуса. Чуть выше этой температуры паяльный наполнитель представляет собой смесь твердого вещества плюс жидкость. В таком высоковязком состоянии металл не может легко попасть в плотно прилегающее соединение.

По мере того как припой прогревается, он становится более жидким, достигая температуры ликвидуса. Жидкотекучесть увеличивается, поэтому заполнение зазора происходит значительно быстрее. Поэтому, тем меньше температура ликвидуса и разница её с температурой солидуса, тем оптимальнее припой.

Во время пайки небольшое количество меди растворяется в припое, а небольшое количество легирующих элементов припоя, наоборот, диффундирует в основной металл. Когда это происходит, химический состав припоя изменяется, и это снижает жидкотекучесть.

К счастью, процесс диффузии является более медленным по сравнению со временем, которое требуется для того, чтобы паяный металл перетёк в правильно нагретое соединение. Чем дольше шов находится при температуре пайки, тем больше состав припоя приближается к составу меди.

Пошаговая технология пайки меди

Пайка медных труб начинается с подготовки соединения. От качества подготовки зависит надежность соединения, потому уделяйте этому процессу достаточно времени и усилий.

Пайка медных труб состоит из нескольких этапов

Подготовка соединения

Как уже говорили, срез трубы должен быть строго вертикальным, без заусенец, труба не должна быть замятой, край — ровный и гладкий. Если есть хоть небольшие отклонения, берем фаскосниматель или наждачную бумагу и доводим срез до идеала.

Надо снять окислившийся слой

Далее берем фитинг, вставляем в него трубу. та часть, которая заходит в раструб требует очистки. Трубу вынимаем и шкуркой снимаем верхний окисленный слой с этой части трубы. Потом ту же операцию проводим с внутренней поверхностью раструба.

Нанесение флюса

Флюс наносится на всю зачищенную поверхность — снаружи трубы и внутри фитинга. Тут никаких сложностей — кисточкой равномерно распределяют состав.

Нанесение флюса

Пайка

Обработанные фрагменты трубопровода вставлюятся один в другой и фиксируются. Если есть помощник — он может придержать части неподвижно. Если нет — придется ухищряться самостоятельно. Далее разжигается горелка, пламя направляется на место соединения. Температура пламени — от тысячи градусов и выше, а нагреть место соединения надо до 250-300 °C, а это занимает 15-25 секунд. Можно при этом ориентироваться на цвет флюса — как только он потемнел, пора вводить припой.

Правильное расположение горелки при пайке медных труб своими руками

Чтобы прогрев был равномерный, пламя горелки направляйте посередине стыка. Тогда прогревается вся зона сварки более равномерно.

Пайка медных труб мягким припоем

Припой вводят в место стыка — где соединяется фитинг и труба. По мере нагрева, он начинает плавиться, растекается и заполняет зазор между элементами. Нанести его можно только на половину длины — расплавившись, он затечет в остальное соединение. Собственно, это все — пайка медных труб закончена. Все остальные соединения делают также.

При использовании жесткого припоя все почти также, только применяются другие горели — газопламенные, и в процессе пайки надо трубу проворачивать, наматывая размягчившийся припой на трубу.

Советы по использованию

Правильный выбор припоя дает возможность без особых затрат сил и времени стыковать в единую систему медные трубы. Стыковочный шов, как правило, выходит надежным и ровным, он способен обеспечить герметизацию в трубопроводах любого типа конфигурации. Аккуратно выполненный шов полностью исключает возникновение утечек веществ, которые циркулируют по трубопроводящей системе. Хорошо выполненная спайка с грамотно выбранным припоем может работать долгие годы, не требуя к себе пристального внимания или проведения регулярного специального обслуживания.

При выполнении стыков высокотемпературным припоем часто возникает ситуация, когда требуется применение флюса. Этот компонент необходим для подготовки области проведения паяльных работ для предотвращения окислительных процессов меди, которые разрушают стыковочный шов. В качестве флюса применяют кислоту метаборную, натрия тетраборат, окись бора. Нередко к этим компонентам добавляются калий и компоненты фторидов кальция.

Для пайки меди часто применяют составы с плавиковой и борной кислотами, к ним добавляется калия гидроксид. Наиболее дешевый флюс для пайки меди – обычная бура. Флюс – это порошок мелкой фракции или состав из мелких кусков. Опытные мастера для удобства выполнения работ проволоку припоя обмакивают в порошок флюса. Иногда припой перетирают вмести с флюсом до получения однородного порошка, но так поступают редко, так как процесс трудозатратен.

Чтобы приступить к пайке медных труб, понадобятся следующие инструменты:

• состав припоя для меди;
• флюс;
• газовая горелка или паяльник;
• режущее приспособление для нарезки заготовки трубы на отдельные части нужного размера;
• фаскосниматель и щетка по металлу – они помогут удалить металлические заусеницы, которые могут возникнуть при нарезке трубы.

Перед началом работ нужно нарезать трубу и обработать ее каря так, чтобы на ней не было заусениц, если этого не сделать, сцепка двух деталей встык не получится требуемой прочности. Внутреннюю сторону трубы обрабатывают щеткой по металлу. Такая обработка увеличивает пропускную способность трубопроводной системы. Следующий шаг процесса выполнения стыковочного шва заключается в том, что очищается рабочая поверхность труб в месте стыковки. Очищение выполняют флюсом, который позволяет убрать оксидную пленку и тем самым снизит у материала степень поверхностного натяжения, а также увеличит адгезию.

Некоторые технологии проведения процесса пайки предусматривают предварительный прогрев стыкуемых деталей. С этой целью применяется газовая горелка с направленным выходом пламени. Для выполнения больших объемов работ можно использовать газовый баллон с пропанобутановой смесью.

В процессе пайки медных деталей могут возникнуть различные ситуации, справиться с ними помогут советы опытных мастеров.

В процессе нарезки заготовок из трубы нередко появляются дефекты в виде вмятин на ее стенках, это обстоятельство является причиной плохого качества стыковочного шва. При нарезке нужно избегать деформирования трубы и не проводить пайку поверх ее дефектов. Для лучшей адгезии необходимо обезжиривать поверхности стыкуемых участков труб, так как любые, даже самые малозаметные загрязнения приведут к снижению качества стыковочного шва. Для того чтобы шов получился ровным и крепким, необходимо правильно выбрать зазор, в пределах которого будет выполнена пайка. Если сечение трубы находится в пределах 10-110 мм, то величину зазора выбирают в диапазоне от 7 до 50 мм.

Заготовки перед выполнением стыковочного шва лучше всего как следует прогревать. Если нагрев будет недостаточным, то стыковочный шов может быть разрушен даже при небольших нагрузках.

При нанесении флюса нужно внимательно следить за тем, чтобы он равномерно покрывал всю рабочую поверхность

В местах, куда флюс не попал, стыковочный шов разрушится

Во время работы паяльником или газовой горелкой важно соблюдать технологию. Если область стыковочного шва будет перегрета, то не только флюс, но и припой утратят свои свойства

В следующем видео вас ждет ТОП 4 припоя для пайки медных труб холодильников.

По состоянию

Флюсы бывают разными по форме и состоянию. Есть твердые, жидкие и пастообразные. В целом они почти полностью различаются по своим параметрам и свойствам.

Жидкие

Жидкие флюсы уже имеют лучше свойства по сравнению с твердыми. Их намного проще наносить и существенно сокращается время пайки.

Недостаток — это быстрое высыхание на открытом воздухе, в случае пролива такого состава на поверхность – её трудно будет оттереть. К такому типу относится, например, жидкая канифоль. Она обычно продается в баночках с кисточкой.

Если вы используете жидкую канифоль – не подносите её на горячую поверхность кисточкой.

Из-за высокой температуры кисточка может деформироваться и её невозможно вернуть в прежнее состояние.

Твердые

К твердым относится самая обычная канифоль, паяльный жир. Достоинство таких флюсов — это цена. Кстати, таблетки аспирина – это тоже вполне себе твёрдый флюс.

Недостаток – это неудобство нанесения (сначала на паяльник, потом на место пайки и т.д.), некоторые виды пайки недоступны, слабое удаление окислов до и во время пайки, крайне низкий эффект поверхностного натяжения, много следов на месте работ и большое количество испарений при пайке.

Пастообразные

Жидкие и твердые флюсы не рекомендуется использовать в BGA пайке. Они сильно кипят, и для поверхностного монтажа есть пастообразные флюсы.

Пастообразные флюсы — это лучшие из представленных типов. Например, их очень удобно наносить. Они не высыхают на воздухе, имеют отличные свойства при пайке (зависит, конечно, от цены) и возможны все виды пайки. К недостаткам можно разве что отнести то, что в продаже есть много подделок знаменитых производителей (однако, некоторые подделки по уровню приближаются к эталону), вредные испарения и конечно же цена.

Слишком дешевые флюсы ужасно паяются. Еще одно неоспоримое преимущество пастообразности — это то, что можно использовать шприцы с тонкими иглами (острый наконечник иглы нужно срезать), тем самым очень точно дозируя порцию флюса, и не размазывая его по всей плате. К тому же, отмываются просто и некоторые из них допустимо не смывать вообще (которые используются в BGA пайке, где в принципе чистка очень затруднительна).

Лучшее нанесение пастообразного флюса – это шприц. Вы можете точно и экономно делать дозировку флюса при помощи шприца. Достаточно простого аптечного шприца, острую часть иглы спиливаем и можно свободно сделать длину дозатора как вам удобно. К тому же, металлическая игла не деформируется от высокой температуры так, как кисточка и можно смело добавлять флюс в процессе паяльных работ.

Удобное нанесение пастообразного флюса – это еще один плюс в копилку преимуществ пастообразных веществ.

Так же есть и так называемые флюсовые пистолеты, но намного большего размера и не очень удобны при микропайке. И если вы не планируете в промышленном масштабе паять платы каждый день, то пистолеты для флюса вам не нужны.

Кстати, флюсы бывают в составе многих припоев и паяльных паст.

С подобным припоем работать проще и быстрее.

Оборудование и материалы, необходимые для пайки

Как и любой технологический процесс, пайка требует применения специальных приспособлений и средств. В первую очередь, необходимы следующие инструменты для пайки труб из меди.

Горелка. Она может быть различной конструкции. При выборе стоит учитывать, с каким припоем вы собираетесь работать, ведь для каждого из них нужна определенная температура.

Горелка для пайки медных труб

Конструктивно, горелки могут работать:

• от одноразовых баллончиков с горючим газом (более компактный вариант),
• от стандартных заправляемых баллонов.

Труборез для медных труб

Для резки заготовок лучше всего применять специальные труборезы. В принципе, можно обойтись и простой ножовкой, но с ней очень проблематично выполнить обрезку в некоторых тяжело доступных местах, да и чистота реза будет невысокой. Стоимость инструмента напрямую зависит от диаметра труб, которые им можно обрезать.

Соединение медных труб без дорогостоящих фитингов, методом телескопической стыковки (одна трубка входит в другую, имеющую несколько больший диаметр), с последующей капиллярной пайкой твердым припоем, можно вполне осуществить для бытовых водопроводных и отопительных сетей, температура воды в которых не превышает 110 градусов. Для этого нужен специальный труборасширитель.

Для устранения заусениц и задиров на обрезе заготовки необходимо устройство для снятия фаски, они также выпускаются в различных модификациях.

Для пайки трубопроводов различного назначения, а тем более элементов, которые будут работать в особо ответственных условиях, необходимы специальные припои.

• Стандартный. Применяется наиболее часто, но не рекомендован для применения в системах питьевого водоснабжения.
• Мягкий припой. Расходный материал, применяемый для пайки фитингов и изделий из красной бронзы, широко применяется для соединения медной трубы посредством латунных фитингов.
• Твердые припои. Наиболее востребованные припои при соединении медных труб. Его применение при капиллярной пайке практически любых коммуникаций, даже газовых линий, обеспечивает надежное соединение. Такие припои, относящиеся к категории медно-фосфорных серебросодержащих расходных материалов для пайки, не требуют дополнительного применения флюса. Однако, не рекомендуются при соединении изделий из алюминиевой бронзы и сплавов, содержащих больше чем 10% никеля, это обусловлено некоторой хрупкостью припоя.
• Серебряные припои являются наиболее дорогими, но с их помощью можно выполнять соединения различных цветных материалов.

Для предотвращения образования окислов в месте пайки, при применении стандартных и мягких припоев, обязательна обработка флюсом.

Флюсы для работы твердыми припоями

Во многих случаях высокотемпературную пайку медных изделий без флюсов провести невозможно. Для очистки рабочей зоны, предотвращения окисления используют несколько соединений бора: метаборную кислоту, оксид бора (ангидрид кислоты), тетраборат натрия.

К флюсам, предназначенным для пайки стальных сплавов, производители добавляют фториды кальция и калия. Композиции из борной и плавиковой кислот с добавкой гидроксида калия можно применять как для пайки меди, так и различных стальных сплавов.

Самый простой флюс для пайки меди при высоких температурах – это бура. Она универсальна по действию, доступна, имеет небольшую цену.

Флюсы поступают в продажу в виде растворов, сыпучих порошков, твердых кусочков. Часто для удобства флюс соединяют с припоем. Пруток припоя можно обмазать сверху, положить кусочек во внутреннюю полость стержня.

В тех редких случаях, когда припой для работы с медью имеет форму порошка, его соединяют (при необходимости перетирают) с сухим флюсом.

Припои, флюсы, паста

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

Низкотемпературные сплавы обеспечивают стыковку медных труб, когда не затрагивается структура металла. Однако образующееся соединение отличается швом, который обладает низкими механическими характеристиками. В то время как высокотемпературные припои – это безупречная прочность шва, что позволяет эксплуатировать соединенные с его помощью трубы при высоких температурах. Этот вид пайки приводит к отжигу меди, потому необходимо обладать соответствующим опытом, чтобы не допустить пережога металла.

Низкотемпературная пайка медных труб преимущественно находит свое применение при организации систем отопления и водоснабжения. Для этих целей используются низкотемпературные припои, не имеющие в своем составе свинца, которые гарантируют высокое качество работы. К таким металлам относятся сплавы олова с медью, сурьмой, селеном, серебром и висмутом. При этом их состав в основном формируется за счет олова, а содержание других элементов – это лишь около 5% от общей массы.

Лучшими технологическими характеристиками обладают припои, содержащие серебро, например, S-Sn97Ag3 (олово 97%, серебро 3%). Чуть хуже обстоят дела со сплавами, имеющими в своем составе медь, которые также обеспечивают высокое качество соединения. Например, таким припоем является S-Sn97Cu3 (олово 97%, медь 3%). В то же время существуют универсальные сплавы, характеризуемые как оловянно-медные, но они отличаются высокой стоимостью.

Припой S-Sn97Ag3 содержащий 97% олова и 3% серебра

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

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

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

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

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

В основном высокотемпературная пайка меди производится с использованием припоя L-CuP6, содержащего в себе 94% упомянутого металла и 6% фосфора. Последнее вещество, добавленное в состав сплава, обеспечивает снижение температуры плавления меди, что, собственно, и позволяет применять данную смесь как припой. Но также немалой популярностью пользуется самофлюсующийся сплав L-Ag2P (медь 92%, фосфор 6%, серебро 2%). Специальные составы, содержащие в себе медь и фосфор, позволяют осуществлять пайку металла красно-желтого цвета без флюсов.

Медно-фосфорные припои образуют довольно хрупкие соединения, поэтому их нельзя применять в работе с чугуном, сталью, алюминиевой бронзой и цветными металлами, содержащими более 10% никеля. Если предполагается соединение посредством этих припоев изделий из меди и медных сплавов (бронзы, латуни), необходимо обязательно применять высокотемпературную смесь, обладающую химическим действием.

Вне зависимости от вида пайки желательно использовать согласованные припои и флюс, ориентированные на конкретный тип соединения и выпускаемые одним производителем.

Паста для пайки меди – это то же самое, что и флюс, только в виде загустевшей смеси, которую можно наносить на трубу как до стыковки, так и после нее. Свойства вещества аналогичны характеристикам флюсов. Паста улучшает адгезию припоя, а также препятствует проникновению воздуха в стыковочный шов.

Последовательность подготовки и проведения операций пайки

Как выполняются соединения медных труб пайкой припоем? Ниже по тексту представлена инструкция пайки медных труб, учитывающая все детали процесса. Однако для получения удовлетворительных, непрерывных соединений пайкой, необходимо соблюдать последовательность подготовки и проведения операций.

Технологическая последовательность основана на стандартной практике ASTM B 828 и выстраивается следующими функциями подготовки и операциями:

• измерение и резка,
• развертывание,
• очистка,
• применение флюса,
• сборка и поддержка,
• нагрев,
• применение припоя,
• охлаждение и чистка,
• тестирование.

Техника безопасности при пайке меди

Нужно учитывать, что проводимость тепла у меди очень высока, вследствие этого паять детали, держа их в руках без защиты, не рекомендуется, скорее всего это кончится получением ожогов. Детали короче 30 см держат исключительно клещами либо в защитных рукавицах. Если в процессе пайки на оголенные части тела капнет флюс, требуется немедленно смыть его водой с мылом, так как, помимо термического, можно заработать химический ожог.

При любых работах с открытым огнем и раскаленным металлом, а также флюсом, который содержит кислоту, нежелательна одежда из синтетики, так как возгорается и плавится такая ткань значительно быстрее прочих. Обязательно проветривание при работе, дым от сгоревшего флюса вреден.

Если навыков пайки нет совершенно, перед выполнением ответственной работы желательно потренироваться на обрезках труб или проводов. Сложностей в этой работе немного, и 2-3 раз, как правило, хватает, чтобы усвоить все основные приемы. Если собирается водопроводная система, рекомендуется предварительно собрать ее на полу прежде, чем устанавливать все на места. После сборки и пайки система должна быть хорошо промыта горячей чистой водой, чтобы удалить с внутренней стороны труб части флюса и припоя.

Водопроводная разводка или системы отопления из медных труб обходятся недешево, но они прочны и долговечны. Поскольку медь обладает высоким коэффициентом теплопроводности,хорошими антикоррозийными и антибактериальными свойствами, трубопровод из нее эффективен и долговечен. Пайка меди в домашних условиях не представляет сложности:на трубы надевается раструб-муфта, а затем шов герметизируется. Вместо использования раструба иногда расширяют конец одной трубы и вставляют в нее другую. Такое соединение удобно тем, что для него не требуется фитингов, а срок службы равен длительности жизни самих труб.

Зависит от задачи

Выбор используемых инструментов и материалов, прежде всего, зависит от выполняемых работ.

• Одно дело, если речь идёт о пайке проводов или электронных схем. Энергии на их прогрев тратиться немного, а зона соединения ограничена. Тут вполне можно обойтись электрическим паяльником, обычным оловянно-свинцовым припоем и канифолью в качестве флюса.
• Иные проблемы приходится решать, соединяя между собой детали значительной толщины и массы. Они поглощают значительное количество тепла и, за счёт высокой теплопроводности, быстро остывают, отдавая тепло в атмосферу. Решить проблему помогают газовые горелки или паяльные лампы, а также флюсы, обладающие более высокой эффективностью, чем традиционная канифоль.

Прежде чем приступать к подбору оборудования и материалов, следует определиться с характером предстоящей задачи и её объёмом.