Методический анализ учебного материала по технической дисциплине

 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 при соединении медных труб.

 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 при соединении медных труб.

  Высокотемпературная  пайка применяется для труб  диаметром от 6мм до 159мм, 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.

 Этот 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. 

Флюсы при пайке соединений медных труб.

 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 (паяльные пасты).

 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 при пайке соединений медных труб.

 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 Рис.1),

медно-фосфорные, медно-серебряно-цинковые,

серебряные  (высокотемпературные Рис.2).

 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. Низкотемпературные припои выпускают  в виде проволоки D = 2мм-3мм.

 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. Качество и прочность пайки, выдерживаемая температура соединения зависит от применяемого припоя. В большинстве случаев пайку соединений осуществляют при помощи нескольких марок припоев. Высокотемпературные припои выпускают  в виде твердых прутков D = 2мм-3мм.

 Нагрев соединений при пайке медных труб.

 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.

Технология выполнения паяных соединений медных труб.

• 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 (грата). В противном случае может возникнуть турбулентность потока и как следствие эрозия. 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 от оксидной пленки (а  заодно от жиров и прочих  загрязнений) используют зачистную губку (Рис.3) и внутренней поверхности фитинга металлическую проволочную щетку - "бруш" (Рис.4), стальную шлифовальную шерсть или зачистную губку, использовать наждачную бумагу и абразивную шкурку не допускается. 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 зачистные губки, на нейлоновой основе, поскольку после них, в отличие от стальной губки, не требуется удалять продукты зачистки, которые могут содержать 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.