Пайка медных труб: как сделать герметичное соединение

Пайка – незаменимый процесс в создании надежных медных трубопроводов, которые широко применяются в сантехнике, системах отопления, кондиционирования и других инженерных сетях. Именно благодаря этому методу обеспечивается долговечная работа медных трубопроводов, транспортирующих жидкости и газы. 

Однако, чтобы добиться желаемого результата, пайка требует точности и аккуратности, ведь даже незначительные отклонения от технологии могут привести к протечкам, повреждению системы и, как следствие, значительным финансовым потерям. Существуют различные типы медных труб, отличающихся по толщине стенок и диаметру. Выбор качественных материалов напрямую влияет на эффективность пайки и износостойкость всей конструкции.

В статье расскажем, как паять медные трубы, а также чем это делать и какие материалы пригодятся в работе.

Материалы и инструменты 

Результат зависит от материала, то есть самой меди, а также от инструментов и вспомогательных средств. Выбор материалов разделим на три важные части: 

• какую трубу лучше выбрать;
• какие инструменты понадобятся; 
• какие вспомогательные материалы нужны для пайки. 

Выбор медных труб для пайки

Существует больше разнообразие трубного проката из меди. Различают трубы по производству: 

• Холоднокатаные, они же тянутые – это медные трубы, изготовленные методом волочения, также называемого вытягиванием или протяжкой. Этот процесс заключается в протягивании медной заготовки через последовательно уменьшающиеся отверстия в волочильных фильерах, что приводит к уменьшению диаметра и удлинению трубы.
• Прессованные – это медные трубы, изготовленные методом прессования, также называемого экструзией. Этот процесс заключается в продавливании разогретой медной заготовки, обычно цилиндрической, через специальную форму, называемую фильерой или матрицей. Проходя через фильеру, медь приобретает форму трубы с заданными размерами. Прессованные трубы могут иметь более грубую структуру металла, чем тянутые.

Для пайки нет принципиальной разницы между холоднокатаными и прессованными медными трубами с точки зрения паяемости. Оба этих метода производства влияют на физические свойства труб, но не на их способность принимать припой при пайке. 

Также различают медные трубы: 

• Отожженные. Они проходят специальную термическую обработку – отжиг, что делает их более гибкими и пластичными. 
• Неотожженные, или твердые – не подвергаются термообработке. Их лучше использовать для прямолинейных участков трубопроводов, где не требуется изгиб.

Для пайки более предпочтительно использовать отожженные трубы, так как они: 

• Эластичнее. Их легче гнуть и придавать им нужную форму, что упрощает монтаж.
• Менее подвержены деформации при нагревании, что важно при пайке.
• Лучше принимают припой, повышая герметичность стыка.
• Снижают вероятность образования трещин при работе.

Также на спаивание значительно влияет толщина стенок. Можно разделить весь медный трубный прокат на: 

• Тонкостенный. К ним обычно относят трубы с толщиной стенок до 1,5 мм. Например, тянутая медная труба 0,8 мм подходит для системы кондиционирования или домашнего водоснабжения.
• Толстостенный. К такому прокату относят трубы с толщиной стенок от 1,5 мм. Например, трубу с диаметром 28 мм и толщиной стенок 1,5 мм можно использовать для трубопровода с повышенным давлением жидкости внутри.

С точки зрения простоты пайки, лучше подходят тонкостенные трубы по ряду причин: 

• Быстрее нагреваются. Меньшая толщина металла позволяет трубе быстрее достигать нужной температуры для пайки.
• Требуют меньше тепла. Сокращается время нагрева и расход энергии, необходимой для пайки. Соответственно, ускоряется процесс пайки, что повышает производительность.
• Требуется меньшее количество припоя для заполнения соединения.
• Снижение риска перегрева. Меньшая толщина снижает риск локального перегрева трубы.
• Улучшенное качество соединения. Быстрый и равномерный нагрев способствует формированию качественного паяного шва.

Делаем вывод: для пайки лучше подходят отожженные, то есть мягкие тянутые или прессованные трубы с толщиной стенки до 1,5 мм из меди марок М1, М2, М3 или МНЖ5-1. 

Выбор инструментов 

Чтобы соединить два фрагмента трубопровода, могут понадобиться: 

1. Паяльник, или горелка.

Это основной инструмент для нагрева, обеспечивающий соединение металла. Газовые горелки работают на сжиженном газе (пропан, бутан) для создания пламени. Они мобильны и не зависят от электросети. Имеют высокую мощность, обеспечивают быстрый и эффективный нагрев, позволяют точно контролировать температуру пламени. 

Электрические паяльники нагреваются от электрической сети. Они менее опасны, чем газовые горелки, не требуют заправки газом и отличаются компактностью: их легко хранить и переносить. Однако у них меньшая мощность, поэтому они подходят только для труб малого диаметра. 

Таким образом, для профессиональной работы лучше выбрать газовую горелку с регулировкой пламени и пьезоподжигом. А для домашнего использования можно применять электрический паяльник с терморегулятором, если планируется пайка небольших труб.

2. Подставка для паяльника. 

Это безопасное место для хранения горячего паяльника во время работы и между пайками. Самый простой и экономичный вариант представляют собой изогнутый кусок металла. Также есть подставки с губкой для очистки. Они обеспечивают удобное очищение жала паяльника. Для газовых горелок существуют специализированные подставки с защитой от опрокидывания и специальным креплением для горелки.
Важно, чтобы подставка была устойчивой и не скользила по рабочей поверхности. Подставка должна быть изготовлена из огнестойкого материала, например металла. Также она должна обеспечивать удобный доступ к паяльнику

3. Ножницы/кусачки.

Их назначение – разрезание трубы перед пайкой. Можно применять ручные труборезные ножницы, роликовые труборезы или кусачки по металлу. Роликовый труборез – самый оптимальный вариант, так как специализированный инструмент подходит для труб любого диаметра, а острые закругленные лезвия оказывают равномерное давление по всей поверхности металла, что предотвращает его деформирование.

Также вам могут пригодиться фитинги. Они важны для долговечных соединений в трубопроводных системах из меди и медных сплавов. Они бывают по конфигурации:

• Соединительные – отводы (углы) и полуотводы на 45 градусов, крестовины, тройники. Используются для стыка труб одного диаметра.
• Переходные. Используются для соединения двух медных труб разного диаметра.
• С резьбой, компрессией, фланцевые. Муфты с внутренней резьбой или компрессионным соединением, для присоединения труб к арматуре позволяют разбирать соединение для обслуживания.

Выбор припоя и флюса

Припой – это металлический материал, который при нагреве переходит в жидкое состояние и заполняет зазоры между медными трубами и фитингами, обеспечивая их прочное и герметичное соединение.

Никогда не используйте припои, предназначенные для других целей, например, для электроники или оловянно-свинцовые припои для водопровода. Применяйте бессвинцовый припой, например, оловянно-медный, если трубопровод используется для подачи питьевой воды. Для технических жидкостей или отопления можно применять припой с добавлением свинца. 

Для системы кондиционирования, а также для технических трубопроводов с повышенной температурой теплоносителя подходит твердый припой на основе серебра. 

От флюса зависит качество и долговечность соединения. Флюс обеспечивает удаление окислов, улучшает смачиваемость припоя.

Для системы питьевого водоснабжения недопустимо использовать кислотные флюсы, они могут испортить качество воды. Подходят нейтральные флюсы – на основе канифоли, органических кислот, глицерина и других неагрессивных веществ. А вот для систем отопления или кондиционирования могут подойти кислотные, например, с добавлением хлорида цинка.

Этапы пайки медных труб

Процедуру можно разделить на 3 этапа: 

1. подготовка;
2. нанесение флюса;
3. нагрев и охлаждение. 

Рассмотрим подробнее.

Этап №1: подготовка поверхности 

Неправильно подготовленные поверхности могут привести к плохой смачиваемости припоя, негерметичности шва, а в итоге и к протечкам. Поэтому, перед тем как браться за горелку, необходимо уделить этому процессу особое внимание.

Первым делом нужно убедиться, что трубы и фитинги, которые вы собираетесь соединять, абсолютно чистые. На них не должно быть никакой грязи, пыли, жира, масел или других загрязнений. Медные трубы очень часто поставляются с заводской смазкой, которую нужно обязательно удалить. Для этого можно использовать обычную ветошь, смоченную в спирте или растворителе. Не стоит использовать мыло или другие бытовые средства, которые могут оставить на поверхности пленку, ухудшающую сцепление припоя с медью.

Далее, нужно удалить окислы. Медь, как и любой металл, со временем окисляется на воздухе, покрываясь тонкой пленкой. Эта пленка препятствует хорошему сцеплению припоя с металлом, поэтому ее необходимо тщательно удалить. Для этого чаще всего используют специальные абразивные материалы, например, наждачную бумагу или металлические ершики. Важно выбирать инструмент, который не оставит на поверхности царапин или задиров. Идеально подходят мелкозернистые абразивы или специальные ершики для зачистки медных труб. Движения при зачистке поверхности должны быть круговыми и равномерными, пока метелл не станет блестящим, без следов окисла.

После зачистки крайне важно удалить все остатки абразива чистой ветошью или с помощью обдува сжатым воздухом. Проверьте, чтобы на трубах и фитингах не осталось никаких частиц, которые могли бы помешать качественной пайке. Поверхности должны быть сухими, без следов грязи или жидкости.

Этап №2: нанесение флюса 

Флюс наносят тонким, равномерным слоем на оба места стыка. Количество флюса должно быть достаточным для покрытия всей поверхности, но не избыточным, так как его излишки могут затруднить процесс пайки и вызвать образование нежелательных отложений в месте соединения.

Удобнее всего наносить флюс кисточкой или специальной щеточкой, которая обычно идет в комплекте с флюсом. Если флюс в виде пасты, его можно наносить шпателем или пальцем в перчатке, но в этом случае нужно следить за равномерностью нанесения. Убедитесь, что флюс покрыл всю поверхность.

При нанесении флюса старайтесь избегать его попадания на прилегающие к месту пайки участки труб, так как это может вызвать ненужные загрязнения или потемнение меди при нагреве. Старайтесь наносить флюс непосредственно на те области, которые будут спаяны. После нанесения флюса сразу же приступайте к соединению труб и пайке, не затягивая этот процесс, чтобы избежать повторного окисления поверхностей.

Этап №3: нагрев и припой 

Начинают нагревать трубу и фитинг с дальней от места соединения стороны, постепенно перемещая пламя ближе к нему. Важно, чтобы тепло распространялось равномерно по всей области соединения, охватывая как трубу, так и фитинг. Нельзя сразу направлять пламя на припой, так как это может привести к его преждевременному плавлению и плохому соединению. Для тонкостенных труб или соединений небольшого размера пламя горелки должно быть более рассеянным, чтобы избежать перегрева и деформации. Для более толстых труб и соединений можно использовать более концентрированное пламя и большее время нагрева.

Использование термопары – это наиболее точный метод контроля температуры. Термопара, подсоединенная к термометру, устанавливается вблизи места соединения. Этот метод позволяет точно определить температуру металла и предотвратить перегрев или недостаточное нагревание. Термопары обычно используются при пайке в промышленных условиях или при работе с особыми сплавами, требующими точного температурного контроля.

В бытовых условиях чаще всего используют контроль по внешним признакам. При достижении нужной температуры медь начинает менять свой цвет, приобретая красноватый оттенок. При нанесении припоя он должен свободно растекаться по поверхности, что является верным признаком того, что металл прогрет до необходимой температуры. Важно помнить, что перегрев меди также нежелателен, так как это может привести к образованию окалины и потере прочности соединения.

После того как место соединения достаточно прогрето, можно приступать к нанесению припоя. Припой, в виде прутка или проволоки, подносят к зазору между трубой и фитингом. Прикасаться припоем нужно к разогретому металлу, а не к пламени горелки. При контакте с горячей медью припой начинает плавиться и растекаться, заполняя зазор.

Количество припоя должно быть достаточным для полного заполнения шва, но не избыточным. При пайке горизонтальных соединений, припой вводится снизу, чтобы сила тяжести помогла ему растечься по всему периметру. При пайке вертикальных соединений, припой вводится сверху, следя за тем, чтобы он равномерно распределялся по всей окружности. Не нужно пытаться сразу ввести большое количество припоя, лучше добавлять его постепенно, следя за его растекаемостью.

Равномерное распределение припоя по шву – это заключительный и один из самых важных этапов пайки. Припой должен полностью заполнить зазор между трубой и фитингом, обеспечивая герметичное и прочное соединение. Если припой распределится неравномерно, в шве могут остаться пустоты и непровары, что приведет к протечкам и уменьшению прочности соединения.

По мере добавления припоя, необходимо следить, чтобы он растекался равномерно по всему периметру. В случае обнаружения каких-либо неровностей, или недостаточного заполнения шва, следует немного дополнительно прогреть металл в этой области и добавить еще припоя. Он должен быть виден по всему периметру соединения ровным слоем. После того как припой нанесен, нужно дать соединению медленно остыть, не трогая его, пока металл не затвердеет.

Пайка медных труб, несмотря на кажущуюся простоту, является процессом, требующим внимания к деталям, аккуратности и понимания основных принципов. От качества подготовки поверхности до точности нанесения припоя, каждый этап играет ключевую роль в создании прочного, герметичного и долговечного соединения.