Как правильно выбрать припой для пайки меди – советы специалиста

Во время ремонта бытового электротехнического оборудования часто используют пайку. Она предназначена для электрического соединения радиодеталей. А некоторые элементы соединяются исключительно пайкой, сварка для них не подходит.

Что такое припой

Пайка меди осуществляется с помощью припоя, который может собой представлять чистый металл либо термопластичный сплав нескольких химических элементов.

Для спайки медных деталей используют специальные устройства, например, паяльную лампу, газовую горелку либо паяльник. Поверхности спаиваемых изделий предварительно очищают от грязи и пыли, удаляют имеющиеся дефекты.

Преимущества использования технологии пайки для соединения медных элементов:

• после спайки изделия сохраняют первичную форму;
• отсутствие деформаций при выполнении паяльных работ;
• спайка позволяет создавать герметичные и прочные шовные соединения;
• отсутствие внутренних напряжений;
• место соединения деталей устойчиво к температурным перепадам, в т.ч. нагреванию до высоких температур;
• при необходимости спаянный шов можно также легко распаять.

Процедура спайки не представляет сложности, но, как и сварка требует соблюдения правил техники безопасности. Работать рекомендуется в плотных перчатках, чтобы предупредить ожоги кожного покрова рук в случае случайного прикосновения к раскаленному оборудованию.

Для защиты глаз мастера используют специальную маску либо очки. Также не помещает защитить верхнюю одежду специальным рабочим фартуком из плотного тканевого материала.

Классификация

Мягкий припой для надежного спаивания труб из меди производят из разных химических элементов. Поэтому припойные компоненты, предлагаемые на рынке, отличаются своим составом, формой и характеристиками.

Различия по температуре плавления

Припои подразделяют на 3 группы в зависимости от диапазона рабочих температур:

• низкотемпературные – 150-450 ºС;
• среднетемпературные – 450-1100 ºС;
• высокотемпературные. – 450-1850 ºС.

Припои первой группы плавятся при низких температурах – от 150 °C до 450 °C. Первоначальная форма спаиваемых деталей не меняется. Соединительный шов получается аккуратным, но недостаточно прочным.

Низкотемпературные припойные компоненты используют при обустройстве и ремонте водопроводных и отопительных коммуникационных систем, которые в процессе эксплуатации не подвергаются существенным нагрузкам. Низкотемпературная пайка меди газовой горелкой обеспечивает целостность и герметичность трубопроводов Ø10 см, через которые транспортируют теплоносители до 130 °C.

Средне- и высокотемпературные припойные материалы для спаивания медных заготовок расплавляют при более высоких температурах – от 450 °C до 1100 °C и 1850 °C соответственно. Готовые шовные соединения отличаются высокой прочностью и устойчивостью к негативным внешним воздействиям (высоким температурам, механическим повреждениям и прочим).

Разделение по химическому составу

Современные припойные материалы по химическому составу разделяют на 2 группы:

• мягкие легкоплавкие изделия;
• твердые тугоплавкие материалы.

В легкоплавкую группу входят следующие припои:

• оловянные – изготовлены на основе олова, температура плавления – 220 °C, формируют пластичный прочный шов;
  
• свинцовые – изготовлены из чистого свинца, температура плавления – 180-230 °C;
  
• оловянно-медные – в состав материала входит 3% меди и 97% высококачественного олова, формируют прочное шовное соединение, устойчивое к коррозионным процессам, пользуются популярностью у потребителей;
  
• свинцово-оловянные – содержание олова в сплаве может сильно отличаться – 15-90%, соответственно температура плавления разных припойных сплавов – 183-280 °C;
  
• медно-серебряные – серебра в припойном сплаве 5%, а меди 95%, характеризуется высокими прочностными показателями шовного соединения.

Мягкие припои для медных проводов часто используют для соединения трубопроводов Ø6-108 мм. Они формируют аккуратный шов, ширина которого составляет 0,7-5 см.

Припойные материалы, содержащие свинец, запрещено использовать при прокладке коммуникационных систем в жилых домах и общественных учреждениях, для соединения трубопроводов, по которым транспортируется питьевая вода. Свинец – вредный химический элемент для человеческого здоровья.

Припойные материалы, входящие в тугоплавкую группу:

• серебряные – состоят из чистого серебра, спайка выполняется с применением флюсов, формируют высокопрочные пластичные швы, устойчивые к коррозионным процессам;
  
• медно-фосфорные – фосфора в составе сплава 6% и меди 94%, не требуют использования флюса для спаивания деталей, формируют надежные крепкие шовные соединения, но при низкой температуре ОС утрачивают эластичность;
  
• медно-серебряные цинковые – в этом сплаве 26% цинка, 30% меди и 44% серебра, отличаются качеством и прочностью соединения, предупреждают коррозию металла, сохраняют пластичность, имеют высокие показатели теплопроводности.
  

Тугоплавкие припойные материалы из чистого серебра имеют высокую стоимость, поэтому не пользуются большой популярностью среди потребителей.

Их используют исключительно при экономической целесообразности, в т.ч. для соединения трубопроводных коммуникаций, к которым предъявляются высокие требования по качеству и надежности.

Твердые припойные сплавы применяют для соединения трубопроводов Ø12-159 мм, в т.ч. отопительных и газовых коммуникационных систем, водопроводов Ø28 мм.

Основные свойства припоев

При выборе припойного материала для спайки медных элементов рекомендуется учитывать следующие технические характеристики материалов:

• прочность – способность металлического сплава противостоять внешним механическим воздействиям (прочностные показатели материала увеличивают следующие химические элементы в составе: кобальт, железо, цинк, бор, никель);
• смачиваемость – показатель степени прилипания и обволакивания припойной массой спаиваемых кромок деталей;
• пластичность – устойчивость к деформационным процессам (для достижения этого показателя в сплавы добавляют литий, висмут, марганец и прочие присадки);
• коррозионная стойкость – устойчивость припойного сплава к процессу коррозии (для повышения показателя в состав припоев включают никель либо легированную медь).

При выборе твердых припойных материалов для спайки нагревательных элементов, трубопроводов и деталей оборудования, используемых в печах и котельных, стоит учитывать высокотемпературные условия эксплуатации.

Для повышения стойкости к воздействию высоких температур в сплавы добавляют такие химические элементы, как ванадий, цирконий, вольфрам, ниобий, гафний и прочие.

Самые используемые марки

У современного потребителя наиболее востребованы легкоплавкие припои марки ПОС-30, 40, 60 и пр., в состав которых входит олово и свинец. Число после буквенного обозначения обозначает процентное содержание в припойном сплаве олова. На рынке материал представлен в виде паяльной проволоки.

Область применения:

• для соединения кабеля – ПОС-30;
• для спайки металлических и латунных труб – ПОС-40;
• для спаивания радиодеталей – ПОС-61;
• для спайки металлических изделий, используемых в пищевой промышленности – ПОС-90.

Припойные сплавы марки ПСр-15, 45, 70 и прочие применяют для спайки медных элементов высокоточного оборудования, в т.ч. которое используется в медицине. Число в маркировке сплавов обозначает процентное содержание серебра.

ПОСВ-50 – это еще один популярный припойный сплав «Розе» с температурой плавления 90-100 ºС. Материал применяют при спайке элементов печатных плат, ювелирных изделий, плавких вставок и прочих деталей.

Как выбрать, чем паять

Пайка меди позволяет соединять трубопроводные коммуникации практически любой сложности – водопроводные, теплопроводные и газовые системы, медную проводку, трубки холодильной техники.

Рекомендации по выбору паяльного материала:

1. Средне- и высокотемпературные припойные сплавы используют в производственных условиях, а низкотемпературные материалы, позволяющие использовать для разогрева стандартный ручной паяльник – в быту.
2. В бытовых условиях сложно пользоваться высокотемпературными припоями для пайки меди. , которые плавятся при температуре 1100 ºС и выше. Для этого требуется специальное дорогостоящее паяльное оборудование, а также предъявляются жесткие требования пожарной безопасности.
   
3. Тонкостенные трубы, чтобы не прожечь, рекомендуется паять мягкими припоями, которые расплавляются при низких температурах. Твердые сплавы стоит использовать исключительно для соединения толстостенных трубопроводов.
4. Для пайки газопроводов используют припойные изделия, содержащие серебро. Этот химический элемент обеспечивает прочность шовного соединения, высокую точность спайки. Готовые соединения характеризуются повышенной стойкостью к механическим воздействиям и вибрационным процессам, обладают коррозионной устойчивостью.

Припои из чистого серебра – достаточно дорогой материал. Но они обеспечивают самые надежные, прочные и долговечные соединения медных изделий. Поэтому они пользуются большим спросом в газовой отрасли.

Как пользоваться

При пайке медных заготовок с использованием высокотемпературных припойных материалов мастера в большинстве случаях используют дополнительно флюс. Он предназначен для предварительной подготовки спаиваемых медных деталей и предупреждения прохождения на их поверхностях процедуры окисления, которая способствует разрушению шовного соединения.

Средства, применяемые в качестве флюса:

• окись бора;
• тетраборат натрия;
• метаборная кислота.

В состав перечисленных флюсов часто добавляют элементы фторида кальция и калий.

Также для спаивания медных элементов можно использовать обыкновенную буру – это самый доступный по стоимости флюс. Этот материал представлен на рынке мелкими кусочками либо мелкофракционным порошком.

Опытные мастера-спайщики для удобства соединения медных заготовок обмакивают припойную проволоку прямо в флюсовый порошок. Иногда припойную массу перетирают и перемешивают с флюсовой добавкой до получения однородного состава. Но процедура требует дополнительного времени, поэтому такой способ используют редко.

Подготовка медных труб к соединению:

1. Трубы предварительно обрезают по размерам, зачищают и обрабатывают кромки. На краях изделий удаляют заусеницы, они должны стыковаться друг с другом максимально плотно.
2. Внутренние стенки окончаний соединяемых труб зачищают щеткой по металлу для увеличения пропускной способности.
3. Тщательная очистка в стыковочной зоне рабочих поверхностей с помощью флюса, удаление оксидной пленки. Эта процедура позволяет улучшить сцепление соединяемых плоскостей из меди и уменьшить поверхностное натяжение материала.

После завершения всех перечисленных манипуляций можно приступать к спайке коммуникационной системы из медных труб.

Способы пайки

Есть технологии пайки, требующие предварительного прогревания мест стыковки соединяемых изделий. Для этого используют газовую горелку. Для выполнения большого объема работ потребуется баллон с пропанобутановой газовой смесью.

В бытовых условиях для разовых работ используют электрический паяльник, который вполне справляется с расплавлением низкотемпературных мягких и твердых припойных материалов.

Низкотемпературный процесс пайки

Низкотемпературная пайка востребована в быту для соединения сантехнического оснащения, водопроводных и отопительных систем, прочих трубопроводных коммуникаций малого диаметра. Рабочая температура в процессе пайки – не более 450 ºС.

Технология спайки деталей при низких температурах позволяет не делать отжиг металлов и является наиболее безопасным вариантом для самостоятельного выполнения ремонтных работ в домашних условиях.

Основные этапы низкотемпературной пайки:

1. Обрезка соединяемых труб.
2. Зачистка изделий с внутренней и наружной стороны.
3. Проверка зазора между соединяемыми плоскостями деталей.
4. Нанесение на спаиваемые поверхности флюса.
5. Стыковка изделий.
6. Нагрев рабочей зоны.
7. Расплавление припоя и заполнение им стыковочного зазора.
8. Охлаждение соединительного шва.
9. Удаление излишков флюса, зачистка соединения.

Качество соединения в первую очередь зависит от предварительной подготовки срезов изделий и технических зазоров.

Высокотемпературный метод

Перед спайкой медных трубок по высокотемпературной технологии подготавливается припойный сплав. Для этого способа используют тугоплавкие твердые составы на основе серебра и меди. Температура спаивания деталей в этом случае превышает 450ºС. В результате получаются прочные шовные соединения, устойчивые к механическим нагрузкам и высоким температурам.

В отличие от низкотемпературной спайки высокотемпературная технология предполагает отжиг металла. После такой процедуры сплав размягчается, что приводит к ухудшению прочностных характеристик металла.

Для минимизирования этого недостатка после спайки заготовок соединительный шов охлаждают естественным способом. Быстрое охлаждение принудительным способом (механический обдув потоком холодного воздуха либо опускание изделия в холодную воду) исключается.

Высокотемпературную спайку применяют для соединения медных труб диаметром от 12 до 160 мм, при прокладке газопроводных коммуникационных систем, для соединения водопроводных труб диаметром от 28 мм. Также эту технологию используют для прокладки трубопроводов, по которым планируется транспортировка жидких теплоносителей, температура которых превышает 120 ºС.

Чтобы быстро, легко и качественно спаять трубы из меди в домашних условиях своими руками без привлечения опытных мастеров важно правильно подобрать припойный состав.

Работы по спайке стоит выполнять в четкой последовательности по инструкции в зависимости от выбранной технологии, учитывая рекомендации специалистов. Только в этом случае получится получить прочное надежное и долговечное соединение медных изделий.