Медные трубы: советы монтажнику

Соединение медных трубопроводов

В медных системах существует достаточно большой выбор различных методов соединения трубопроводов (далее – труб). Помимо классического и непритязательного соединения при помощи мягкой (низкотемпературной – прим. ред. перевода) капиллярной пайки (рис. 1), зачастую используется соединение повышенной надежности, а именно твердая (высокотемпературная – прим. ред. перевода) пайка. Можно применять как заводские фитинги для пайки, так и самостоятельно формировать раструбы для пайки непосредственно на концах труб (любимое занятие многих опытных монтажников, рис. 2 и 3) и использовать сварку- пайку (роль припоя выполняет бронза; применяется для соединения со сталью – прим. ред. перевода). Существуют переходные фитинги из меди или ее сплавов на резьбу. Помимо указанных, все большее распространение приобретают технологии прессования на основе пресс-фитингов, зажимные (цанговые) и даже самофиксирующиеся. Технологии соединения постоянно совершенствуются, и в настоящее время в распоряжении специалистов находятся как универсальные, так и подходящие для конкретных особых задач и условий надежные методы соединения.

Более того, сама природа меди – медных труб и фитингов из меди или сплавов меди, в т.ч. металлических припоев, – позволяет при минимальных затратах гарантировать длительные сроки беспроблемной, безопасной эксплуатации в системах газораспределения, водоснабжения, канализации и отопления.

Рисунок 1. Капиллярные соединения

Магия капиллярного притяжения

Медные трубы для сантехнических целей и фитинги для капиллярной пайки изготавливаются с очень жесткими требованиями в отношении геометрических параметров, в результате чего зазор между внешней поверхностью трубы и внутренней посадочной поверхностью фитинга для капиллярной пайки крайне мал. В результате, когда очищенный (от окиси – прим. ред. перевода), покрытый флюсом конец трубы вводится в очищенный фитинг и это соединение нагревается до температуры плавления припоя, то под действием сил поверхностного натяжения жидкий припой в нужном количестве мгновенно втягивается в монтажный зазор между трубой и фитингом и равномерноего заполняет. Роль флюса состоит в создании эффекта смачивания поверхностей металла фитинга и трубы и удаления негативного эффекта от возможно оставшихся на поверхности мельчайших незачищенных от окисла «островков» поверхности. После быстрого остывания припоя образуется надежное прочное водогазонепроницаемое соединение.

Капиллярные соединения

На рынке представлено множество различных фитингов, флюсов, припоев для капиллярной пайки; точные данные по каждому из них содержатся в технической документации производителей. При этом указанные продукты хоть и обладают некими особыми свойствами, но они взаимозаменяемы, а сам процесс капиллярной пайки включает следующие неизменные действия:

Строго говоря, оценка размеров не является обязательной частью процесса соединения при помощи капиллярной пайки, но добросовестный монтажник непременно это сделает, поскольку если труба неправильно отрезана и не может быть полностью (до упора) вставлена в соединяемый фитинг или раструб, надежность такого соединения пострадает. И наоборот, если длина трубы после отреза слишком большая, то при соединении может исчезнуть соосность трубы и фитинга, что теоретически повлияет на качество соединения (практически – маловероятно, но возможно) из-за утраты капиллярного зазора в части окружности соединения.

Резка труб

Резку следует выполнять строго перпендикулярно продольной ости трубы при помощи специального резака (наподобие ключа для закатки консервов) или ножовки (для труб больших диаметров использовать полотно не менее 12 зубцов/см). При использовании резака лучше сделать большее число оборотов, а не применять излишнее усилие, поскольку результатом может стать невидимое глазу уменьшение диаметра трубы. После выполнения отреза следует обязательно удалить образовавшийся грат (заусенец) при помощи гратоснимателя. При работе с мягкой (отожженной) трубой обязательна процедура проверки/восстановления диаметра трубы в месте реза при помощи оправок-калибраторов.

Очистка поверхности

Непременной является процедура зачистки поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга от оксидной пленки (а заодно от жиров и прочих субстанций, которые могли на эти поверхности попасть) при помощи стальной губки, специальной салфетки или мелкой шкурки. Наиболее удобны специальные салфетки, в т.ч. на нейлоновой основе, поскольку после них, в отличие от шкурки и стальной губки, не требуется удалять продукты зачистки, которые могут содержать остатки абразива или частицы стали.

Нанесение флюса и сборка соединения

На зачищенную поверхность трубы следует немедленно нанести флюс. Флюс наносится без излишков только на поясок трубы, который будет сочленен с фитингом или раструбом, а не внутрь фитинга или раструба. После нанесения флюса рекомендуется сразу сочленить детали, чтобы исключить попадание на влажную поверхность посторонних частиц. Если по какой-то причине непосредственно пайка будет происходить чуть позднее, то деталям лучше дождаться этого момента уже в сочлененном виде. Рекомендуется повернуть трубу в фитинге или раструбе или, наоборот, фитинг вокруг оси трубы, с тем чтобы убедиться, что флюс равномерно распределился в монтажном зазоре и почувствовать, что труба достигла упора. Затем необходимо удалить тряпкой видимые остатки флюса, после чего соединение готово к нагреву. Специалист знает, что для обычной «мягкой» пайки используются флюсы на основе цинка или хлоридов алюминия. Флюсы являются агрессивной субстанцией, поскольку в их задачу входит, как уже упоминалось, нейтрализация действия незачищенных от окиси мельчайших островков поверхности металла. Поэтому лишнее количество флюса не приветствуется. Забегая вперед, отметим, что и после пайки производится удаление всех видимых остатков флюса с поверхности трубы (поскольку при нагреве, в результате теплового расширения и вытеснения припоем, на поверхности трубы вновь окажется некоторое количество флюса из монтажного зазора). Т. н. «самоочищающиеся» флюсы содержат свободную соляную кислоту и хоть функционально и являются прекрасными флюсами, с практической точки зрения требуют особых мер предосторожности, а оттого к применению рекомендоваться не могут. При твердой (высокотемпературной) пайке с припоями из серебра или сварке-пайке с бронзовым припоем в качестве флюса используют буру. Ее смешивают с водой до получения вязкой кашицы.

Рисунок 2. (подробнее) Socket and Branch Forming Tools and Brazing Joints – Инструменты для самостоятельного изготовления расширительных раструбов и ответвлений (воротников), сварка-пайка.

Нагрев соединения

Как правило, нагрев осуществляют пропановыми (пропан-воздух) горелками. Пятно контакта между пламенем и поверхностью соединения постоянно перемещают для достижения равномерного нагрева всего соединения и при этом время от времени дотрагиваются прутком припоя до капиллярной щели (обычно со временем монтажник может точно определить достаточность нагрева по цвету поверхности и дыма флюса). Если при контрольном касании прутком припой не плавится, нагрев продолжают. При этом, повторимся, ни в коем случае не следует забывать о необходимости перемещения пламени, чтобы не перегреть какой-то отдельный участок соединения. Как только припой начал плавиться, пламя отводят в сторону и позволяют припою заполнить монтажный (капиллярный) зазор. Нет необходимости во введении излишних количеств припоя, поскольку это не только расточительно, но также может привести к затеканию из- лишков припоя внутрь трубы. В качестве ориентира для большинства ходовых типоразмеров труб монтажник использует простейшее правило: количество необходимого припоя содержится в прутке, по длине равном диаметру трубы. Это позволяет перед пайкой заранее согнyть пруток буквой «Г», что удобно как для ввода припоя в зазор, так и в качестве меры достаточности. При применении фитингов с нанесенным в заводских условиях припоем (рис. 1) добавлять припой нет необходимости.

Альтернативные методы нагрева

Иногда обстоятельства не позволяют применить открытое пламя, например, при выполнении локальных ремонтных работ. В этом случае для пайки соединений небольших диаметров можно воспользоваться горячим воздухом. Рекомендуется на сопло воздушного пистолета надеть насадку, ограничивающую конус горячего воздуха, с тем чтобы быстрее добиться нагрева и снизить вероятность нагрева окружающих соединение предметов. Другим способом нагрева без пламени являются электро-контактные устройства. Внешне они напоминают большие клещи со сменными медными головками для охвата труб разных диаметров. Скорость нагрева в наиболее удачных из таких устройств может и не отличаться от скорости нагрева при помощи горелки.

Заключительные процедуры

После заполнения монтажного (капиллярного) зазора припоем необходимо дать ему застыть, что означает абсолютное требование исключить взаимное перемещение сочлененных деталей. После застывания припоя необходимо удалить влажной тряпкой все видимые остатки флюса, а при необходимости воспользоваться дополнительным количеством теплой воды. Также важно помнить, что после окончания монтажа системы надо как можно скорее провести профилактическую промывку системы для удаления остатков флюса с внутренних поверхностей, поскольку, повторим, флюс по своей природе вещество корозионногрессивное, и его попадание и застой в отопительных приборах могут привести к нежелательным последствиям.

Рисунок 3. Примеры самостоятельно организованных соединений

Разное

При монтаже, особенно на существующих системах при устройстве дополнительных ответвлений, зачастую используют раструбы, изготовленные непосредственно на существующих трубах, в т.ч. боковые. Поскольку в этом случае не будет упоров-ограничителей, как в фитингах заводского изготовления, обязательно нанесение разметки на трубе для точного контроля глубины введения трубы в такой раструб при пайке. Кроме того, поскольку капиллярный эффект проявляется только при очень малых величинах монтажного зазора, при изготовлении раструбов таких ответвлений обязательно использование специального заводского инструмента и оправок (рис. 2) для обеспечения точности геометрических размеров. В этом случае самостоятельно организованное без применения заводских фитингов соединение не будет иметь альтернативы по прочности и надежности

В заключение следует отметить, что при применении твердой (высокотемпературной) пайки, по определению, используются большие температуры до достижения медью красного свечения, что равноценно отжигу, т.е металл может стать в этих местах мягче. В зависимости от области применения об этом следует помнить при учете значений максимальных величин давления.

Перевод с английского Е. В. Мельниковой

Продолжение темы «Соединения» в следующем номере