Лужение меди: Техники и советы для прочных, надежных соединений

Долгие годы два основных способа соединения медных труб и фитингов — паяние и лужение. Они похожи, но имеют принципиальные различия. Эта статья объясняет сходства и отличия, чтобы помочь выбрать оптимальный метод.

Что такое лужение меди?

Чаще всего медные трубы соединяют с помощью втулочных фитингов из меди или её сплавов. Трубы вставляются в фитинг и закрепляются наплавным материалом (пайкой или луженой присадкой). Такой шов называют капиллярным или втулочным: втулка фитинга накладывается на конец трубы, образуя щель — капиллярный зазор.

Перекрывающиеся поверхности трубы и фитинга — фейзирующие поверхности. Они надежно соединяются наплавным металлом, который плавится в капиллярном зазоре и смачивает их. Наплавной металл — сплав с температурой плавления ниже, чем у трубы или фитинга. Температура плавления меди (сплав UNS C12200) — 1082 °C. Если наплавка плавится ниже 450 °C (840 °F) — это паяние; выше — лужение.

Когда применяют лужение меди?

Лужение используют, когда нужна большая прочность шва или система работает при температурах 350 °C и выше.

Типичные области:

• Пожарная защита (спринклеры).
• Кондиционирование и холодильная техника.
• Распределение топливного газа.
• Водоснабжение.

И кислородсодержащую, и безкислородную медь можно лудить, получая швы с удовлетворительными свойствами. Полная прочность отжигнутого медного шва достигается при втулочном соединении.

Пламя должно быть слегка carburizing (углеродистым). Все серебряные луженые сплавы пригодны с соответствующими флюсами. С медно-фосфорными или медно-фосфорно-серебряными сплавами флюс не обязателен, но его использование улучшает внешний вид шва.

Паяние меди против лужения

Паяние обычно выполняют при 350–600 °C, лужение — при 600–800 °C (для меди часто 1100–1500 °F, т.е. ~600–800 °C). Лужение — процесс соединения металлов расплавлением наплавного материала с температурой плавления ниже основного металла.

Разница между лужением и пайкой — в температуре плавления наплавки. Американское сварное общество (AWS) устанавливает границу в 450 °C (842 °F), часто округляют до 450 °C. Ниже — паяние, выше — лужение.

Луженые швы применяют в холодильниках, высоконапорных пневматических линиях, HVAC — где критична максимальная прочность. Паяные швы — для низконапорных систем: питьевой водопровод, некоторые отопительные системы.

Нужен ли флюс для лужения меди?

Для лужения меди флюс необходим, чтобы пайка свободно текла и нагревалась горелкой. Пруток вводится в шов без усилий, иначе нарушается тепловой баланс и связь становится ненадежной.

Простейший метод: флюсом смазывают одну поверхность, затем расплавленным металлом — кистью. Часто используют водорастворимую пасту. Обе поверхности должны быть зачищены (наждачкой), иначе не образуется качественный межметаллический слой. Этот метод популярен в сантехнике, так как исключает токсичные пары пайки.

Как лудить медь

Лужение: нагревают медь, затем наносят слой константана (сплава с высокой теплопроводностью и низким сопротивлением). При правильной сборке детали сплавляются при нагреве до 250 °C (на практике температура плавления луженой присадки выше).

Флюс предотвращает попадание пузырьков воздуха — они выходят на поверхность при нагреве и их можно проколоть иглой. После нагрева наносят луженую пасту — она плавится и заполняет шов. Если константана недостаточно, используют флюсированный луженый пруток.

Что происходит при плавлении наплавки?

Наплавка образует ярко-оранжевый шарик — признак достижения рабочей температуры. Наносят флюс и водорастворимую пасту, нагревают пруток и трубу ~5 минут, затем кладут луженую пасту на пруток.

В строительстве так соединяют трубы. Два основных метода: лужение и пайка меди.

Флюс обеспечивает свободное течение пайки — наносят на обе поверхности. Пруток вкладывают без усилий, избегая перемешивания тепловой ванны.

Типы пламени

Три типа пламени. Один нежелательный — carburizing (углеродистое): легко узнать по трем цветовым зонам, приводит к избыточной карбуризации трубы, что ухудшает шов.

Второе — окислительное пламя: окисляет заготовку, нежелательно. Третье — нейтральное пламя: идеальное соотношение ацетилена и кислорода, ясного голубого цвета — именно его нужно использовать.

Инструменты и материалы

Инструменты и наплавные материалы отличаются для пайки и лужения.

При пайке питьевой воды используют припой 95/5 (95% олово, 5% сурьма). Для лужения он не подходит — нужна луженная присадка. На рынке много видов; выбор зависит от задачи. Компания Harris предлагает наглядные таблицы подбора прутка. Для демонстрации используем Stay-Silv 15 (80% Cu, 15% Ag, 5% P). Прутки с фосфором — самофлюсирующие, флюс наносить не нужно.

Серебряная пайка плавится при более высокой температуре — требуется больше тепла.

Малые трубы можно лудить пропановым горелкой, но для труб 1 дюйм и больше нужен кислород-ацетиленовый комплект (температура пламени ~3500 °C против ~2000 °C у пропана).

Для пайки достаточно пропановой горелки (один газ). Кислород-ацетиленовая горелка дает больше тепла. Используем переносной набор Harris (Lincoln Electric) — удобен для легких работ. В комплекте: два баллона (кислород, ацетилен), два редуктора, горелка, насадки.

Возможно использование воздух-ацетиленовой установки — дешевле и легче, но качество шва ниже. Важно наличие предохранителей от обратного удара (flashback arrestors) на обеих линиях — они предотвращают проникновение пламени в баллоны.

Видео по лужению меди