Припой медью

Медно-фосфорный припой для пайки меди: особенности

При проведении пайки припой сначала нагревается и смягчается, а затем приобретает жидкое состояние. Данный температурный промежуток называют зоной плавления. Скрепляемые части при пайке нагревают, но до жидкой консистенции не доводят. Стадия сплавления жидкого припоя наступает, когда степень его нагрева превышает температуру плавления, называемую рабочей.

Припой, находясь в расплавленном состоянии, смачивает соединяемый металл и растекается, благодаря чему ликвидируются щели между стыкуемыми участками труб.

https://www.youtube.com/watch?v=z0YhZ7c80hI

Период, в течение которого нагревается место соединения, а потом припой кристаллизируется, приобретая твердое состояние, как правило, равно 4 -5 минут. При этом паяльник должен выделять столько тепла, чтобы в течение двух минут нагрева жидкий припой успевал вступить в реакцию со стыкуемыми поверхностями. Только при соблюдении данных условий флюс и детали не успеют перегреться.

Мягкий сплав металла начали применять еще в древние века для чеканки монет. Сегодня этот материал стал чуть менее популярным, однако системы отопления и водоповода, изготовленные из медных труб, по-прежнему являются самыми прочными надежными и долговечными.

Монтаж таких магистралей осуществляется при помощи пайки. В процессе работы металлические элементы соединяют с припоем – специально подобранным материалом, температура плавления которого должна быть меньше, чему у обрабатываемой детали.

Сам процесс пайки несложный. Главное — правильно выбрать соединительный материал. В нашем случае это медно-фосфорный припой. Также стоит определиться с методом пайки. Их существует несколько.

Самостоятельно соединить магистраль из медных труб можно двумя способами:

• Низкотемпературным. Такой метод является самым простым и наиболее часто используемым в домашних условиях. В этом случае применяется мягкий припой из олова, свинца или сплавов этих металлов с добавлением части серебра. При низкотемпературной обработке температура плавления медно-фосфорного припоя составляет не более 450 градусов.
• Высокотемпературным (твердым). Подобную пайку довольно сложно и дорого организовать в домашних условиях, так как в этом случае температура плавления материала должна составить от 600 до 900 градусов.

Если говорить об этом материале, то стоит обратить внимание на то, что он отличается хорошей текучестью. Его можно использовать не только для меди, но и для других ее сплавов.

Так как в состав этого материала входит фосфор, который обладает коррозийной устойчивостью, то флюс можно дополнительно не приобретать.

Припои медно-фосфорного типа обычно применяют для соединения элементов в оборудовании, испытывающем средние вибрационные нагрузки. Если в состав соединительного материала входит серебро, то пластичность компонентов повышается.

Для обработки труб из этого материала подойдут следующие материалы:

• 102. В этом трехкомпонентном припое из меди и фосфора содержится не более 2% серебра. Благодаря пониженной пластичности состав медленно растекается. Подходит для пайки элементов, не испытывающих сильных ударных или вибрационных нагрузок.
• 105. Припой медно-фосфорный с серебром (5%) тоже довольно медленно растекается, но отличается более высокой пластичностью. Полученный с его помощью шов сможет выдержать незначительные нагрузки от вибраций.
• 115. Еще один трехкомпонентный припой, в котором помимо меди и фосфора содержится 15-процентное серебро. Это довольно пластичный материал, с помощью которого можно создавать швы на магистралях, испытывающих довольно сильные нагрузки.

Выбрав все необходимые компоненты, остается приступить к работе.

Физико-химические свойства

Медно-фосфористый припой ЦП 6, как и другие марки, получает свои свойства благодаря уникальному составу, который разработается для тех или иных процедур. Исходя из наличия тех или иных химических элементов, а также их соотношения, материал получается приближенным к свойствам меди, бронзы или латуни, с которыми идет работа, но при этом обладает более низкой температурой плавления, что позволяет сохранить свойства основного металла.

В целом, практически все марки обладают повышенной смачиваемостью, что улучшает контакт с заготовкой. Именно это и дает отличные показатели для соединения меди. Помимо этого они обладают большой степенью проникновения, образуя прочные молекулярные связи. Некоторые из марок имеют достаточно опасную температуру плавления более 800 градусов.

Медно-фосфорный припой ЦП 6

Особенности выбора

Прежде всего, следует определиться с составом. Существуют обыкновенные материалы, в которых содержится всего два элемента, медь и фосфор, как можно понять из названия, а также медно фосфорные припои с серебром. Сразу стоит отметить, что серебро придает большей крепости шву. Оно также увеличивает морозостойкость, поэтому, если соединение будет эксплуатироваться при низких температурах, то следует выбирать марки с относительно высоким содержанием этого элемента, один из высших показателей которого составляет 15%.

Но здесь же наблюдается другая зависимость, так как чем больше серебра в составе, тем меньшей пластичностью обладает итоговое соединение. Таким образом, если материал будет подвергаться небольшим изгибам или будет расширяться и сужаться, то лучше отдавать предпочтение тем маркам, в которых минимальное содержание этого элемента, к примеру, 2%, или же вовсе отсутствует. Перед тем как паять медно фосфорным припоем, следует ознакомиться с его составом.

Для тонкостенных труб и заготовок с небольшой толщиной следует подбирать припои, температура плавления которых будет как можно ниже. Ведь чем она выше, тем больше вероятность, что основной металл деформируется или после отжига изменит свои свойства, что ухудшит качество соединения. Низкая температура также увеличивает растекаемость, что также немаловажно для качественного соединения, хотя даже высокотемпературные припои с фосфором обладают хорошими показателями в данном параметре.

При пайке припой, нагреваясь, сначала размягчается, а потом уже переходит в жидкое состояние. Этот температурный интервал носит название зоны плавления припоя. Соединяемые детали во время пайки нагревают, но не доводят до жидкого состояния. Процесс сплавления жидкого припоя происходит тогда, когда температура припоя становится выше температуры его плавления.

Время пайки, или период от нагрева места спайки до момента перехода припоя в твердое состояние, его кристаллизации, составляет в среднем 4-5 минут. Необходимо также, чтобы паяльный инструмент генерировал столько тепла, чтобы за 2 минуты нагрева расплавленный припой вступал в реакцию с соединяемыми поверхностями. В таком случае флюс и детали не перегреются.

Во время пайки припой вступает в физико-химические взаимодействия с соединяемыми медными трубами. Эту его способность называют паяемостью.

Сама природа всех физических и химических процессов, происходящих при пайке, очень сложна и полностью не изучена. Однако всю процедуру пайки кратко можно описать следующим образом. Подготовительными этапами в формировании соединения можно считать нагрев, плавление и смачивание, или контакт жидкого металла с нагретой поверхностью детали.

В результате смачивания твердого металла жидким происходит замена поверхности твердого металла на поверхность раздела фаз жидкость-твердое тело. В ней происходят растворно-диффузионные, диффузионные и химические процессы взаимодействия между жидким припоем и соединяемыми деталями (трубами из меди).

Пайка медных труб

По причине того, что медь слабо подвержена коррозийным процессам, она легко поддается пайке. С нею в процессе стыковки лучше всего контактируют олово, серебро, другие сплавы и металлы.

Для соединения медных изделий задействуют капиллярную пайку. Она основана на способности жидкости за счет адгезии перемещаться по узким каналам, в том числе и против направления действия силы тяжести. Благодаря явлению капиллярности, припой способен равномерно заполнить зазоры вне зависимости от того, каким образом располагаются трубы.

Процесс пайки при этом может происходить с использованием легко-, средне – и высокоплавких припоев. За счет первого вида выполняют низкотемпературную пайку, а двух других – высокотемпературную. В основе выбора припоя лежат условия, в которых будет эксплуатироваться готовый трубопровод.

К легкоплавкому виду, еще называемому мягким припоем для пайки медных труб, принадлежит олово и сплавы с ним: оловянно-медные, оловянно — серебряные, оловянно-медно-серебряные. К такому же типу принадлежат припои, главным компонентом в которых является свинец, но они токсичны и по этой причине их нельзя использовать при прокладке трубопроводов для подачи питьевой воды.

Медь благодаря своей слабой подверженности коррозии прекрасно поддается пайке. При этом нет необходимости применять тяжелую артиллерию средств для подготовки соединяемой поверхности. Лучше всего контактируют в процессе пайки с медью серебро, олово и другие металлы и сплавы.

Для медных трубопроводов применяют капиллярную пайку, основанную на явлении капиллярности, т.е. возможности движения жидкости по узким каналам за счет адгезии даже в направлении, противоположном воздействию силы тяжести. Благодаря этому свойству припой может равномерно заполнять зазоры, не зависимо от положения труб.

При этом пайка может проводиться с применением как легкоплавких припоев, так и средне- и высокоплавких. При помощи первых осуществляют низкотемпературную пайку, вторые и третьи необходимы для высокотемпературной пайки. Выбор припоя зависит от условий эксплуатации готового трубопровода.

К легкоплавким, их еще называют мягкими, припоям относится олово, а также славы, в которых оно является основным компонентом: оловянно-серебряные, оловянно-медные, оловянно-медно-серебряные. К этому типу относятся и припои на основе свинца. Но он токсичен, поэтому применение припоев с этим металлом не допустимо при монтаже водопровода для питьевой воды.

Несмотря на то, что мягкие припои не особо прочные, при капиллярной пайке даже с применением низкотемпературных припоев возможно получение высокопрочных сантехнических труб. Легкоплавкие припои применяют для соединения медных труб, диаметр которых составляет 6 -180 мм. Их предпочитают по той простой причине, что они работают при низких температурах. В то время как при высоких температурах медь может потерять твердость.

Среднеплавкие и высокоплавкие припои объединяют под названием «твердые припои». Для высокотемпературной пайки медных труб используют припои на основе меди и серебра, а также некоторых других металлов. Они позволяют получить прочный и устойчивый к воздействию высоких температур и давления шов.

Наиболее популярные среди них:

• серебряные;
• медно-фосфорные;
• медно-серебряно-цинковые.

Два последних не требуют применения флюса.

Основное преимущество твердых припоев связано с прочностью и высокой температурной устойчивостью полученных швов. Высокотемпературной пайкой осуществляют соединение медных труб диаметром 6-159 мм, в водоснабжении диаметр труб, соединяемых такой пайкой, не должен быть меньше 28 мм.

На практике среди мягких припоев наиболее популярный оловянно-медный, среди твердых для соединения медных труб чаще применяют медно-фосфорные припои. Точная рецептура их изготовления и процентное содержание компонентов колеблется у разных производителей.

Паяльник используют лишь для соединения мелких деталей, а сам процесс паяния производится при температуре 350 ℃. Крупные же заготовки, ввиду их повышенной теплопроводности, нужно паять только горелками.

Что касается ванн и печей, то здесь две позиции, отличающиеся друг от друга наполнителем. Это может быть припой или соль. Необходимо отметить, что соли выполняют две функции: нагревательного элемента, как источника температуры, и флюса.

То есть, в технологиях, где используются соляные печи или ванны, флюсы не применяются.

В принципе, в независимости от металла заготовок, сам процесс соединения одинаков для всех материалов. И делится он на шесть этапов:

1. очистка заготовок меди механическим способом для удаления оксидной пленки;
2. обезжиривание;
3. внесение флюса в зону пайки;
4. нагрев зоны.
5. внесение припоя;
6. зачистка стыка от флюса и припойного материала.

Также проводится пайка бронзы. Основное отличие – это необходимая марка припоя и флюса. Поскольку бронзы представляют собой сплав меди, олова и некоторых других элементов, то выбор припоя не составляет труда.

К бронзам также относят сплавы меди и кадмия, меди и бериллия, сплавы со свинцом, алюминием. Необходимо обращать внимание на состав бронзы, в зависимости от которого меняются свойства материала.

В домашних условиях часто приходится паять медную бижутерию. При кажущейся простоте процесса, он на самом деле не прост. Во-первых, надфилем надо обработать медную проволоку так, чтобы соединение двух ее частей проходило по большей плоскости. Обязательно надо соединяемые части закрепить относительно друг друга, чтобы в процессе пайки не происходило смешение.

В место стыка добавляется жидкий флюс, после чего проводится нагрев места соединения горелкой. Далее в зону нагрева подается припой. Лучше, если это будут небольшие кусочки, которые устанавливаются встык пинцетом. Можно их уложить до начала нагрева медной проволоки.

Пайка пищевой и непищевой меди – стандартизированный процесс, основанный на двух документах – это ГОСТ 1922249-73 и ГОСТ 16038-80. То есть, нормами и правилами оговорено конкретно, как проводить работу, чем и в каких условиях.

Инструменты для пайки

Чтобы качественно соединить магистраль, необходимо сразу подготовить следующие инструменты:

• Труборез. Без него не удастся ровно нарезать элементы магистрали. При помощи трубореза можно сделать идеальный рез.

• Фаскосниматель. Этот инструмент необходим для закругления и зачистки края отрезанной трубы, чтобы осуществить качественную стыковку деталей.
• Труборасширитель. Если в процессе работы планируется использование муфт и фитингов, то благодаря этому инструменту можно будет быстро расширить часть трубы до нужного размера.
• Ерши и щетки. После пайки, трубы нужно обязательно очистить от образований окиси.
• Отражатель. Он крепится на сопле горелки для того, чтобы направить пламя на определенную область. Если не установить отражатель, то есть риск повредить окружающие предметы.
• Газовая горелка. С ее помощью осуществляется нагрев медно-фосфорного припоя.

О последнем рабочем инструменте стоит рассказать чуть подробнее.

Перед началом работы нужно подготовить специальные инструменты и приспособления для пайки медных соединений. Вам понадобится:

1. Газовая или кислородная горелка для пайки меди (с азотом, ацетатом и т. д.);
2. Припой (для капиллярной пайки согласно ГОСТ Р 52955-2008);
3. Щетка (жесткая, но не металлическая) и абразивная бумага для зачистки медных соединений;
4. Фитинги или другие соединяемые элементы;
5. Паяльный флюс.

Нужно отметить, что если работа производится на трубных соединениях, то еще может понадобиться фаскосниматель, расширитель, специальное устройство для резки. Все эти приспособления можно найти у профессионального сантехника, чтобы не покупать их.

Горелки для меди бывают: профессиональными (для работы с твердыми припоями), для разогрева труб и пайки мягкими пастами, полупрофессиональными или комбинированными. Также есть специальные фены, которыми производится мягкая пайка. Они позволяют быстро разогреть место стыка температурой до 650 градусов.

Припои бывают:

1. Твердые. Они представлены стержнями определенного диаметра, который подбирается исходя из определенного зазора при соединении. Используется при соединении меди с железом в системах водоснабжения, подвода газа и системах кондиционирования. Этот припой может быть с фосфором или серебром;
   

   

2. Мягкие могут быть как в виде пасты, так и тонкой проволоки до 3 мм диаметром. Они производятся со свинцом, оловом. Также иногда процесс осуществляется ортофосфорной кислотой.

Также для соединения медных сплавов обязательно нужно использовать флюс. Он выполняет несколько полезных функций: способствует лучшему растеканию припоя по металлу, защищает место обработки от кислородной пленки, очищает шов от окиси. Флюсы бывают с бурой (для различных высокотемпературных припоев), применяется для среднеплавких соединений золота, меди, бронзы, чугуна, нержавейки. Внешне они выглядят как паста, наносятся специальной кистью.

Щетки и абразивные листы (наждачная бумага) нужны для того, чтобы после окончания работ удалять с места шва остатки припоя. Фитинги подбираются исхода из потребных соединений (они могут быть разветвляющими, угловыми, изогнутыми и т. д.).

Как выбрать припой

Невзирая на то, что мягкие припои считаются недостаточно прочными, при применении капиллярной сварки можно получить качественную сантехническую конструкцию. Легкоплавкие припои используют для стыковки медной трубной продукции диаметром 6 –180 миллиметров. Им отдают предпочтение потому, что они работают при невысоких температурах. Дело в том, что медь при высоких показателях температуры способна потерять прочность.

Все припои, принадлежащие к средне- и высокоплавкому виду, относятся к твердому типу. Для высокотемпературной пайки изделий из меди применяют припои на основе меди, серебра и других металлов. Благодаря их использованию, получается шов, отличающийся прочностью и устойчивостью к действию повышенного давления и высоких температур.

Среди них наиболее востребованы:

• медно-фосфорные;
• медно-серебряно-фосфорные;
• серебряные.

В последнем случае требуется не только припой, но и флюс паста для пайки медных труб.

Газовая горелка

Чтобы трубопровод был правильно спаян, необходимо позаботиться о выборе соответствующей горелки. Приборы бывают:

• С одноразовыми баллонами (бытовые).
• Со стационарным баллоном.
• Ацетил-кислородными.

Последний тип является оптимальным для соединения медных труб. Именно такую горелку и нужно приобрести.

Также приборы отличаются по силе нагрева припоя. Чем выше температура нагрева, тем мощнее нужно устройство. Соответственно:

• Для мягкого припоя подойдет более дешевая и менее мощная горелка. Поэтому можно смело приобрести полупрофессиональный инструмент с газом термофеном. Такая горелка способна развивать температуры до 650 градусов. Главное преимущество такого инструмента заключается в возможности регулирования интенсивности пламени. Таким образом, можно подобрать оптимальный температурный режим плавления.
• Для твердого припоя потребуется профессиональный инструмент, стоимость которого будет в несколько раз выше. Поэтому нет смысла тратить на него деньги, но если очень хочется, то почему бы и нет.

Плюсы и минусы разных видов припоев

Важное преимущество, которым обладают твердые припои, напрямую связано с прочностью получаемых швов и их устойчивостью к высоким температурам. При помощи высокотемпературной пайки выполняют стыковку труб из меди, имеющих диаметр от 6 до 159 миллиметров. При прокладке водоснабжающих магистралей сечение трубной продукции, соединяемой таким типом пайки, не может быть менее 28 миллиметров.

Перед тем, как приступить к созданию медного трубопровода, следует убедиться в отсутствии на поверхности каких-либо дефектов, которые довольно часто можно обнаружить при нарезке труб. Надежность швов во многом зависит от чистоты изделий, которые используют в рабочем процессе. Для продукции диаметром 6-108 миллиметров ширина места соединения может быть 7-50 миллиметров.

Пайка мягким припоем

Низкотемпературная пайка подойдет для монтажа отопительной или водопроводной сети, если температура теплоносителей не превышает 130 градусов, а диаметр медных труб составляет не более 10 см.

Для выполнения пайки необходимо:

• Зачистить соединяемые поверхности.
• Нанести на них флюс.

• Вставить элементы друг в друга.
• Разогреть область соединения при помощи горелки до 200-250 градусов.
• Нанести припой на самые края деталей.
• Постоянно перемещая горелку, нагревать соединение 15-20 секунд.
• Когда флюс потемнеет, нужно уложить на зону пайки еще немного припоя. Как только материал окажется на раскаленной поверхности, он сразу начнет плавиться и заполнит пространство между трубой и раструбом.

Пайка твердым припоем

Такой способ соединения труб необходим, если температура эксплуатации трубопровода превышает 110 градусов. В этом случае пайка выполняется газопламенным методом и предполагается отжиг рабочего материала.

При использовании твердого материала нет необходимости в обработке поверхностей флюсом.

Для выполнения соединения необходимо:

• Собрать и разогреть стыковочный узел.
• Ввести твердый припой в область, где раструб и труба соединяются между собой.
• Размягчить материал при помощи газовой горелки. Нужно следить, чтобы изделие не перегревалось, поэтому горелку рекомендуется постоянно перемещать.
• Когда произойдет первичное сцепление элементов магистрали, провернуть трубу и намотать расплавленный припой на соседний участок.

Такой метод пайки сложнее предыдущего, однако он обладает несколькими преимуществами:

• Швы получаются более прочными и надежными.
• Становится возможным немного уменьшить ширину соединения, благодаря чему шов будет выглядеть аккуратнее.

Кроме этого, данный метод применим при монтаже систем, которые работают при довольно высоких температурах.

Пайка латуни медно-фосфорным припоем осуществляется по таким же технологиям.

Возможные ошибки, которые можно допустить при пайке

В процессе работы некоторые люди не учитывают дефекты на поверхностях соединяемых элементов. Очень часто они появляются после нарезки труб. Если оставить эти дефекты без внимания, то шов получится не таким надежным, как нужно.

Флюс необходимо наносить равномерно, без пропусков. Если на каком-либо участке его не будет, то трубопровод может начать довольно быстро ржаветь.

Если труба сильно перегреется, то флюс-паста просто сгорит. Это тоже не очень хорошо.

В процессе работы легко получить серьезные ожоги (не только от пламени горелки, но и при контакте с химически активными веществами), поэтому перед началом пайки необходимо надеть защитные рукавицы, очки и одежду.