Как производится пайка меди и какой для этого требуется припой. Легкоплавкие припои для пайки
Основным способом неразъемного соединения деталей из меди является пайка. Она осуществляется самыми разными способами. Различают высокотемпературную и низкотемпературную пайку, пайку с применением флюсов и бесфлюсовую. Важную роль в получении качественного соединения играют припои, которые выбираются в зависимости от метода пайки и сложности соединения. Например, при твердой пайке чаще всего применяется медно-фосфорный припой, который является самофлюсующимся.
Какие свойства имеет медно-фосфорный припой, где он применяется.
Основой медно-фосфорного припоя является медь, к которой в качестве добавки присоединяется фосфор. Такой припой прекрасно соединяет детали из меди, не требуя при этом очень высокой температуры нагрева изделия, так как плавится при температуре 700-850 градусов. Точная температура плавления зависит от конкретной формулы припоя. Например, соединение, в состав которого входит медь и фосфор в соотношении 91% : 9%, плавится при температуре 800 градусов. А если в состав припоя помимо меди и фосфора включено еще олово и небольшое содержание цинка (соотношение 89,5 (медь) : 6 (фосфор) : 4 (олово) : 0,5 (цинк) %), то плавление начинается при температуре 690 градусов С.
Наиболее распространенные марки медно-фосфорного припоя - ПМФ-7, ПМФ-9 и ПМФОЦр-6-4-0,03. В маркировке соединения цифра, следующая за аббревиатурой, указывающей на состав, обозначает процентное содержание фосфора. В припой марки ПМФОЦр входит также олово и цирконий, что и отмечено в его названии буквами О и Цр, а также цифрами, которые указывают на количество данных добавок (4 и 0,03%).
Основными характеристиками соединений для пайки данного типа, кроме не слишком большой температуры плавления, являются:
- значительная жидкотекучесть;
- хорошая устойчивость к коррозии;
- невосприимчивость к воздействию агрессивных сред.
В результате применения такого припоя получаются достаточно прочные швы. Правда, они имеют один недостаток: их эластичность значительно уменьшается при низкой температуре воздуха.
Применяют медно-фосфорные припои для соединения деталей из чистой меди или ее сплавов: бронзы, мельхиора или латуни. Также их можно использовать и в ситуации, когда необходимо припаять друг к другу части изделия, одна из которых состоит из меди, а вторая из стали (обычной или нержавеющей).
Обратите внимание! Паять с помощью данных составов стальные или чугунные заготовки не следует, так как фосфор при контакте с железом образует фосфиты. Из-за этого паяльный шов становится хрупким и не способным выдерживать механические воздействия. Такое соединение просто разрушится при ударе или изгибании изделия, также не перенесет оно и вибрационных воздействий. Единственный способ избежать этого - покрыть стальное или чугунное изделие перед пайкой слоем меди.
Еще одна сфера применения медно-фосфорного состава для пайки - это ремонт ювелирных изделий. Обычно для этих целей применяют серебряные припои. Но и соединение марки ПМФ способно справиться с такой задачей не хуже, а стоить такой ремонт будет дешевле.
Медно-цинковый припой для пайки меди.
Для высокотемпературной пайки меди и сплавов на ее основе используется медно-цинковый припой, который обладает следующими основными характеристиками:
- высокой теплопроводностью;
- отличной электропроводностью;
- пластичностью;
- устойчивостью к коррозии;
- прочностью.
Все эти свойства припой может проявлять по-разному - все зависит от конкретного количества входящего в его состав цинка. Например, чем больше цинка, тем при более низкой температуре начинается плавление состава.
Основные марки этого типа припоя - ПМЦ-36, ПМЦ-42, ПМЦ-48 и ПМЦ-54. Буквы в маркировке изделия указывают на его состав (припой медно-цинковый), а цифры - на содержание в нем меди.
По своему внешнему виду этот тип припоев представляет собой зерна и делится на разные классы по размеру частиц:
- класс А - зерна размером 0,2-3 мм;
- класс Б - зерна размером 3-5 мм.
Сфера применения таких припоев зависит от их марки. Для разного состава металла выбирается свое вещество:
- ПМЦ-36 подходит для пайки латуни, в состав которой входит от 60 до 68 процентов чистой меди;
- ПМЦ-48 используется для соединения деталей, содержащих более 68% чистой меди;
- ПМЦ-54 применяется для работы с деталями из бронзы, также его можно использовать и при пайке стальных заготовок.
Стоит отметить, что у припоев, в состав которых входит исключительно медь и цинк, имеется и существенный недостаток — шов, полученный с их помощью, не отличается высокой надежностью. Особенно ярко это проявляется, когда соединение подвергается ударным нагрузкам, натягивается при изгибе изделия или попадает под воздействие вибрации. Причиной этого является испарение цинка во время затвердевания паяльного шва. Для того чтобы избежать разрушения шва в медно-цинковые припои добавляют легирующие присадки, повышающие прочность и эксплуатационные возможности соединения. Как правило, такими присадками становятся олово и кремний. Включение в состав олова позволяет еще больше снизить температуру плавления припоя при одновременном увеличении его жидкотекучести. А кремний не позволяет цинку испариться в процессе пайки, а также защищает его от окисления. Кроме того, в состав припоя может входить и свинец.
Обратите внимание! О наличии в составе свинца «говорит» более светлый оттенок припоя. При выборе такого вещества следует помнить о токсичности свинца. Поэтому его запрещено использовать при пайке некоторых трубопроводов - например, водопровода для питьевой воды.
Серебряный припой.
Еще одним распространенным видом состава, применяемого для пайки меди, является серебряный припой. Как правило, он представляет собой соединение серебра с медью и цинком. Такой состав может быть использован для пайки практически любых металлов. Единственный его недостаток - серебро слишком дорого стоит. Поэтому применяются серебряные припои только в тех случаях, когда доказана экономическая целесообразность их использования - например, когда к соединительному шву предъявляются особенно высокие требования.
Припои на основе серебра не имеют конкурентов по смачиваемости и растеканию. Также они обладают высокой устойчивостью к коррозийным процессам и способны выдерживать ударные нагрузки и воздействие вибрации.
В маркировке таких составов есть буквы ПСр (припои серебряные) и цифра, указывающая на содержание в веществе серебра. Чем больше серебра включено в состав, тем более высокими характеристиками он обладает, но при этом является и более дорогим. На практике одним из самых часто используемых составов является ПСр-45, который содержит 45% серебра, а также 30% меди и 25% цинка. Этот припой способен образовать соединение с высочайшими качественными и эксплуатационными характеристиками, поэтому применяется для пайки в самых ответственных местах изделия.
Обратите внимание! Кроме меди и цинка в состав серебряного припоя может входить и кадмий, который понижает температуру плавления вещества до 250 градусов. Но при применении такого припоя следует соблюдать особые правила предосторожности, так как при его плавлении в воздух попадают вредные для человека пары кадмия.
Выпускаются серебряные припои чаще всего в виде прутков или полос, диаметр которых составляет 2-3 мм. При пайке с использованием серебряных составов применяется флюс (чаще всего бура).
Имеется много конструкций медно-цинковых элементов. Все они носят имена своих конструкторов. Есть элементы типа Мейдингера, Калло, Локвуда, Томсона и др. Но все эти элементы схожи по внешнему оформлению и почти одинаковы по принципу своего действия.
Из этих конструкций наиболее прост в изготовлении эле-мент типа Калло. Вместе с этим медно-цинковый элемент типа Калло вполне может быть применен для питания ламп накала радиоприемника для питания электромотора и про-изводства всевозможных опытов в лаборатории.
Для постройки такого элемента требуется сосуд. Жела-тельно, чтобы он был значительно больше чайного стакана. Для этого сосуд можно отрезать от литровой бутылки. . Можно применить для постройки нашего элемента и пол-литровую стеклянную банку из-под консервов или соуса. Затем потребуется кусок толстого медного одножильного изолированного провода - гуппера сантиметров 30 длиной, цинковая пластинка, медный купорос.
Из медной проволоки длиной 30 см надо свернуть спи-раль. Предварительно с проволоки счищается изоляция, но не вся-она оставляется на проводе длиной в 15 см. Из очищенного проводника и свертывается спираль с таким расчетом, чтобы она могла поместиться в наш сосуд. Остав-шийся изолированный конец провода сгибается под прямым углом по отношению к спирали - это будет отвод от поло-жительного полюса элемента. Можно его сделать также и из медной полосы шириной в 1 см.
Цинковая пластинка вырезается в виде круга или прямо-угольная, но вместе с отводом и лапкой, то-есгь с узкой полоской в 1 см шириной и 6-8 см длиной - это будет отвод от отрицательного полюса элемента, и с другой поло-ской такой же ширины и в 5-6 см длины-лапкой для под-вешивания. Можно для этого применить и цинковый цилиндр высотой 2-3 см. По диаметру сосуда выпиливают из фанеры или из тонкой дощечки крышки. Желательно деревянную крышку элемента пропарафинить или покрыть с обеих сто-рон шеллаком. Это предохранит дерево от быстрой порчи, и такая крышка дольше будет служить нам. С двух противо-положных бортов крышки прорезаются небольшие отверстия для вывода электродов.
Теперь остается собрать элемент и зарядить его. На дно стакана кладется медная спираль и засыпается медным купо-росом, слоем в 1 см. Затем в сосуд наливается кипяченая остуженная вода приблизительно на две трети сосуда. Воду надо наливать очень осторожно, чтобы не тревожить кри-сталлы медного купороса.
Когда вода налита, в нее погружают цинковую пластинку так, чтобы она была покрыта слоем воды в 1 - 1,5 см. Лапки с отводом загибаются за борг стакана, и на него надевается крышка. См. рис. 21а.
Затем производится зарядка. Для этого элемент замыкают накоротко, то-есть соединяют проводником положительный полюс с отрицательными и оставляют в таком положении приблизительно на сутки. После этого элемент размыкают- и он готов к действию. Такой элемент будет давать напря-жение около 1 вольта.
Что же происходит при коротком замыкании элемента?
Как уже было сказано в вводной части статьи, при ко-ротком замыкании элемента потечет электрический ток, воз-никающий в результате химической реакции между электро-дами и электролитом. При этой реакции медный купорос будет разлагаться, выделяя серную кислоту. А так как сер-ная кислота значительно легче воды, она будет подниматься кверху. Вступая в реакцию с цинком, серная кислота обра-зует раствор цинкового купороса, который плотным слоем окутает цинковую пластинку. Этот раствор не будет опу-скаться и будет всегда держаться наверху в силу того, что он легче раствора медного купороса и воды. Все это создает необходимые условия для устойчивой работы элемента.
Преимущества такого элемента заключаются в том, что в нем исключается возможность коротких замыканий и он не выходит от этого из строя. Недостатком его является то, что элемент ни в коем случае не следует сотрясать, иначе в нем могут перемешаться растворы цинкового и медного купороса и элемент выйдет из строя. Некоторые неудобства составляет добавление в элемент медного купороса по мере его расходования. Уровень раствора медного купороса не дол-жен подниматься выше половины электролита. Добавлять медный купорос в элемент надо очень осторожно, по кри-сталлику, чтобы не возмутить растворы и не перемешать их. И третьим недостатком элемента Калло является его малая электродвижущая сила и большое внутреннее сопротивление. Поэтому для надежной работы батареи в 4 вольта придется соединять последовательно 5 элементов Калло.
Элемент Мейдингера отличается от элемента Калло тем, что для постоянного обеспечения элемента медным купоросом употребляется стеклянная воронка или перевернутое гор-лышко от бутылки (см. рис. 21 б). Устройство элементов Калло и Мейдингера показано на рис. 21.
Мы ужо знаем, что при любой окислительно-восстановительной реакции происходит переход электронов от восстановителя к окислителю.
Так, при опускании цинковой пластинки в раствор сульфата меди происходит реакция
Здесь восстановитель - цинк - отдает электроны. Эта полуреакция выражается уравнением:
Окислитель - ион меди - принимает электроны. Уравнение этой полуреакции имеет вид:
В рассматриваемом примере обе полуреакции протекают в месте соприкосновения цинка с раствором, так что электроны непосредственно переходят от атомов цинка к ионам меди. Можно, однако, осуществить эту реакцию таким способом, что окислительная и восстановительная полуреакции окажутся пространственно разделенными, а электроны будут переходить от восстановителя к окислителю не непосредственно, а по проводнику электрического тока - по внешней цепи. Этот направленный поток электронов представляет собою электрический ток. При таком осуществлении окислительно-восстановительной реакции ее энергия будет превращена в электрическую энергию, которую можно использовать, включив во внешнюю цепь устройство, потребляющее электрическую энергию (например, электронагревательный прибор, электрическую лампу и т. п.).
Устройства, которые применяют для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую энергию, называются гальваническими элементами. Их называют также химическими источниками электрической энергии (сокращенно ХИЭЭ) или химическими источниками тока.
В технике гальваническими элементами принято называть только ХИЭЭ, в которых протекают практически необратимые реакции. Такие ХИЭЭ обычно нельзя перезаряжать: они предназначены для однократного использования (в один или несколько приемов). ХИЭЭ, в которых протекают практически обратимые реакции, называют аккумуляторами: их можно перезаряжать и использовать многократно.
Действие любого гальванического элемента основано на протекании в нем окислительно-восстановительной реакции. В простейшем случае гальванический элемент состоит из двух пластин или стержней, изготовленных из различных металлов и погруженных в раствор электролита. Такая система делает возможным пространственное разделение окислительно-восстановительной реакции: окисление протекает на одном металле, а восстановление - на другом. Таким образом, электроны передаются от восстановителя к окислителю по внешней цепи.
Рассмотрим в качестве примера медно-цинковый гальванический элемент, работающий за счет энергии приведенной выше реакции между цинком и сульфатом меди (рис. 82). Этот элемент (элемент Якоби - Даниэля) состоит из медной пластины, погруженной в раствор сульфата меди (медный электрод), и цинковой пластины, погруженной в раствор сульфата цинка (цинковый электрод). Оба раствора соприкасаются друг с другом, но для предупреждения смешивания они разделены перегородкой, изготовленной из пористого материала.
При работе элемента, т. е. при замкнутой цепи, цинк окисляется: на поверхности его соприкосновения с раствором атомы цинка превращаются в ионы и, гидратируясь, переходят в раствор. Высвобождающиеся при этом электроны движутся по внешней цепи к медному электроду. Вся совокупность этих процессов схематически изображается уравнением полуреакции, или электрохимическим уравнением:
На медном электроде протекает восстановление ионов меди. Электроны, приходящие сюда от цинкового электрода, соединяются с выходящими из раствора дегидратирующимися ионами меди; образуются атомы меди, выделяющиеся в виде металла. Соответствующее электрохимическое уравнение имеет вид:
Суммарное уравнение реакции, протекающей в элементе, получится при сложении уравнений обеих полуреакций. Таким образом, при работе гальванического элемента электроны от восстановителя переходят к окислителю по внешней цепи, на электродах идут электрохимические процессы, в растворе наблюдается направленное движение ионов.
Направление движения ионов в растворе обусловлено протекающими у электродов электрохимическими процессами. Как уже сказано, у цинкового электрода катионы выходят в раствор, создавая в нем избыточный положительный заряд, а у медного электрода раствор, наоборот, все время обедняется катионами, так что здесь раствор заряжается отрицательно. В результате этого создается электрическое поле, в котором катионы, находящиеся в растворе и , движутся от цинкового электрода к медному, а анионы в обратном направлении. В итоге жидкость у обоих электродов остается электронейтральной. Схема движения электронов и ионов при работе медно-цинкового элемента показана на рис. 83.
Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление, называется катодом. В медно-цинковом элементе цинковый электрод является анодом, а медный - катодом.
Рис. 82. Схема медно-цинкового гальванического элемента.
Рис. 83. Схема движения ионов и электронов при работе медно-цинкового гальванического элемента.
Протекающая в гальваническом элементе окислительно-восстановительная реакция представляет собой сложный процесс. Она включает собственно электрохимические стадии (превращения атомов, ионов или молекул на электродах), перенос электронов, перенос ионов. Все эти стадии сопряжены между собой и протекают с одной и той же скоростью; число электронов, которые за единицу времени отдает цинк, равно числу электронов, принимаемых за это же время ионами меди. Поэтому скорость реакции, протекающей в гальваническом элементе, пропорциональна количеству электричества, перенесенного по цепи в единицу времени, т. е. силе тока в цепи.
Электрический ток, протекающий по внешней цепи гальванического элемента, может производить полезную, работу. Но работа, которую можно выполнить за счет энергии химической реакции, зависит от ее скорости: она максимальна при бесконечно медленном - обратимом - проведении реакции (см. § 67). Следовательно, работа, которую можно произвести за счет реакции, протекающей в гальваническом элементе, зависит от величины отбираемого от него тока. Если, увеличивая сопротивление внешней цепи, уменьшать ток до бесконечно малого значения, то и скорость реакции в элементе тоже будет бесконечно малой, а работа максимальной. Теплота, выделяемая во внутренней цепи элемента, будет при этом, наоборот, минимальна.
Работа электрического тока выражается произведением количества прошедшего по цепи электричества на напряжение. В медно-цинковом элементе при окислении одного эквивалента цинка и Одновременном восстановлении одного эквивалента ионов меди по цепи пройдет количество электричества, численно равное одному фарадею ( Кл/моль), так что полезная работа , которую ток может совершить, будет равна:
где V - напряженке между полюсами элемента.
Но поскольку эта работа зависит от силы тока, то и напряжение между полюсами элемента тоже зависит от силы тока ( - величина постоянная). В предельном случае, отвечающем обратимому протеканию реакции, напряжение будет максимальным. Максимальное значение напряжения гальванического элемента, соответствующее обратимому протеканию реакции, называется электродвижущей силой (э. д. с.) данного элемента.
Для этого предельного случая полезная работа, производимая электрическим током в медно-цинковом элементе при взаимодействии одного эквивалента цинка с одним эквивалентом ионов меди, выразится уравнением
где - э. д. с. элемента.
Ясно, что при взаимодействии одного моля атомов цинка с одним молем ионов меди уравнение примет вид:
получим уравнение, связывающее стандартную э. д. с. с константой равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе:
Измерения электродвижущих сил можно производить с высокой точностью. Эти измерения представляют собой один из наиболее точных методов определения стандартных энергий Гиббса, а следовательно, и констант равновесия окислительно-восстановительных реакций в растворах.
Окислительно-восстановительная реакция протекает в гальваническом элементе несмотря на то, что окислитель и восстановитель непосредственно друг с другом не соприкасаются. Для того чтобы понять, как это происходит, как возникает электродвижущая сила при пространственном разделении процессов окисления и восстановления, рассмотрим более детально явления, происходящие на границах раздела фаз в гальваническом элементе.
Прямые опыты с применением радиоактивных индикаторов Показывают, что если привести металл (М) в контакт с раствором его соли, то ионы металла переходят из металлической фазы в раствор и из раствора в металл. Поскольку энергетическое состояние ионов в этих фазах неодинаково, то в первый момент после установления контакта ионы металла переходят из металла в раствор и в обратном направлении с различной скоростью. Если преобладает переход ионов из металлической фазы в раствор, то раствор приобретает положительный заряд, а металлический электрод заряжается отрицательно. По мере увеличения этих зарядов переход катионов в одноименно заряженный раствор затрудняется, так что скорость этого процесса уменьшается, скорость же перехода катионов из раствора на отрицательно заряженный электрод возрастает. В результате скорости обоих процессов выравниваются и между металлом и раствором устанавливается равновесие:
При этом металлический электрод оказывается заряженным отрицательно, а раствор - положительно. Если при установлении контакта металл - раствор скорость перехода катионов из металла в раствор была меньше, чем скорость их перехода в обратном направлении, то между электродом и раствором также устанавливается равновесие; но в этом случае электрод заряжается положительно, а раствор - отрицательно.
В элементе Якоби - Даниэля соответствующие равновесия устанавливаются между цинковым электродом и раствором сульфата цинка
а также между медным электродом и раствором сульфата меди:
В этом элементе имеются еще две границы раздела фаз: между растворами сульфатов цинка и меди, а также медью и цинком (см. рис. 82). Граница между растворами не оказывает существенного влияния ни на величину э. д. с., ни на протекание реакции при работе элемента.
Что же касается границы между металлами, то через нее могут проходить не ионы, как в случае границы металл- раствор, а электроны. И здесь вследствие неодинакового энергетического состояния электронов в меди и в цинке первоначальные скорости перехода электронов из одного металла в другой и в обратном направлении различны. Однако и в этом случае быстро устанавливается равновесие, при котором металлы также приобретают заряды противоположного знака:
Таким образом, при разомкнутой цепи на трех имеющихся в элементе Якоби - Даниэля границах раздела фаз устанавливаются равновесия, причем фазы заряжаются. В результате энергетическое состояние электронов на концах разомкнутой цепи-оказывается неодинаковым: на том медном проводнике, который соприкасается с цинковым электродом, энергия Гиббса электронов выше, а на том, который соединен с медным электродом, - ниже. Разность энергий Гиббса электронов на концах цепи и определяет э.д.с. данного элемента.
При замыкании внешней цепи электроны перемещаются от цинкового электрода к медному. Поэтому равновесия на фазовых границах нарушаются; происходит направленный переход ионов цинка из металла в раствор, ионов меди - из раствора в металл, электронов - от цинка к меди: протекает окислительно-восстановительная реакция.
В принципе электрическую энергию может дать любая окислительно-восстановительная реакция. Однако число реакций, практически используемых в химических источниках электрической энергии, невелико. Это связано с тем, что не всякая окислительновосстановительная реакция позволяет создать гальванический элемент, обладающий технически ценными свойствами (высокая и практически постоянная , возможность отбирания больших токов, длительная сохранность и ). Кроме того, многие окислительно-восстановительные реакции требуют расхода дорогостоящих веществ.
В отличие от медно-цинкового элемента, во всех современных гальванических элементах и аккумуляторах используют не два, а один электролит; такие источники тока значительно удобнее в эксплуатации. Например, в свинцовых аккумуляторах (см. § 189) электролитом служит раствор серной кислоты.
Почти во всех выпускаемых в настоящее время гальванических элементах анод изготовляется из цинка, а в качестве вещества для катода обычно применяются оксиды менее активных металлов.
Описание важнейших гальванических элементов см. § 214, аккумуляторов - пп. 189, 201, 244.
Химические источники электрической энергии применяются в различных отраслях техники. В средствах связи (радио, телефон, телеграф) и в электроизмерительной аппаратуре они служат источниками электропитания, на автомобилях, самолетах, тракторах применяются для приведения в действие стартеров и других устройств, на транспорте, в переносных фонарях с их помощью производится освещение.
Все обычные ХИЭЭ не свободны от двух недостатков. Во-первых, стоимость веществ, необходимых для их работы (например, свинца, кадмия), высока. Во-вторых, отношение количества энергии, которую может отдать элемент, к его массе мало. На протяжении последних десятилетий ведутся исследования, направленные на создание элементов, при работе которых расходовались бы дешевые вещества с малой плотностью, подобные жидкому или газообразному топливу (природный газ, керосин, водород и ). Такие гальванические элементы называются топливными. Проблеме топливного элемента уделяется в настоящее время большое внимание и можно полагать, что в ближайшем будущем топливные элементы найдут широкое применение.
Медь относится к тем материалам, которые лучше спаивать, чем сваривать, особенно, если речь идет о трубах с тонкими стенами, которые активно используются в отопительных, водопроводных и газовых системах в коммунальном хозяйстве и других сферах. Чтобы процесс прошел качественно, следует правильно подобрать припой для пайки медных труб. Данный металл хорошо поддается пайке, так что справиться с этим процессом может даже человек без большого опыта. В основном это относится, когда идет работа с чистым металлом, а не и прочее. Во время этого процесса структура металла труб не меняется, а сам припой обладает достаточно хорошими характеристиками, чтобы выдержать предстоящие нагрузки.
Твердый припой
Необходимость в пайке возникает как при монтаже оборудования, так и при его ремонте, так как нередко тонкостенные трубы могут быть поврежденными. Медный припой, как и сама медь, должен отличаться высокими антикоррозийными свойствами. Также он не должен зарастать различными отложениями биологического происхождения. При всем этом он должен быть пригодным для качественной пайки, чтобы не портить структуру металла и была возможность прослужить несколько десятилетий после использования.
Припой для пайки медных труб отлично подходит как для самой меди, так и для ее сплавов с цинком, свинцом, оловом, сурьмой, фосфором, железом, марганцем или никелем. Несмотря на то, что в сплавах металлов имеются окислы, он легко удаляются при помощи флюса, так что припой для пайки меди не встречает проблем на своем пути. Остальные металлы могут образовать оксиды, которые сложно растворяются флюсами, поэтому, с ними уже могут возникнуть проблемы. Во время пайки медных труб используется нахлесточный тип соединения. Это позволяет достичь конструкции максимальной прочности, что увеличивает срок ее эксплуатации. Чтобы соединение имело достаточно большую прочность, нахлест должен быть, как минимум, 5 мм. В отличие от тех случаев, когда происходит , здесь можно делать шов любой толщины и это ни как не повлияет на качество соединения. При пайке оставляется небольшой зазор, чтобы припой для пайки медных труб равномерно втянулся в отверстие и заполнил собой все промежутки для создания герметичной латки. Современные варианты данного расходного материала изготавливаются согласно ГОСТ 52955-2008.
Процесс пайки медных труб
Разновидности
1S относится к мягким припоям. У него в составе имеется серебро. Он подходит не только для труб из меди, но и для бронзовых изделий, латуни, которые применяются как для горячего, так и для холодного водоснабжение. В его составе нет флюса, так что приходится использовать его дополнительно или применять пасту.
Rosol 3 является мягким припоем, который для своей работы требует дополнительное использование флюса. Температура плавления у него относительно низкая и составляет 240 градусов Цельсия, что помогает беспроблемно работать с тонкими изделиями. Он пригоден для медных, латанных, бронзовых труб и фитингов. После применения одинаково хорошо проявляет себя как при высоких, так и при низких температурах.
Припой Rosol 3 для пайки меди
Rolot 94 относится к припоям твердого типа. Это высококачественный материал для работы с медью, латунью и красной бронзой. Лучше всего его использовать для щелевой и капиллярной пайки труб, которые ставятся без фитингов. Это припой для пайки медных труб имеет достаточно высокую рабочую температуру, которая достигает 730 градусов Цельсия, так что с тонкостенными материалами его не стоит применять. Отличительной особенностью его является большой интервал плавления.
Медный припой rolot 94
Rolot 2 является специальным твердым припоем, так как не нормирован. В его составе имеется низкий уровень содержания серебра. Он подходит для стандартных процедур пайки и хорошо обеспечивает процедуры монтажа.
Припой Rolot 2 для пайки медных труб
В особую категорию можно отнести припои для пайки пищевой меди, так как они не должны содержать ни каких вредных веществ, которые бы смогли повредить здоровью. Среди них выделяют следующие варианты:
- Оловянно-медный – низкотемпературный материал, который быстро расплавляется, при этом образуя высококачественное соединение, стойкое к воздействию коррозии. Состав — (S-SN97Cu3).
- Медный, с добавлением цинка и серебра, при этом основным материалом здесь является серебро, так как составляет целых 44%, тогда как меди всего лишь 30%, а цинка – 26%. Это высокотемпературный припой для пайки медных труб, который дает пластично, но при этом прочное соединение, не поддающееся коррозии и обладающее высокой теплопроводностью.
- Серебряно-оловяный – низкотемпературный материал, который быстро расплавляется, при этом образуя высококачественное соединение, стойкое к воздействию коррозии. Состав — (S-Sn97Ag5).
- Медно-фосворный – высокотемпературный материал, который может использоваться без дополнительного применения флюса. Дает прочный шов, эластичность которого напрямую зависит от температуры. В составе медь занимает 94%, а фосфор — 6%
- Припой для пайки меди серебром относится к высокотемпературным. Шов получается прочным и одновременно пластичным. Следует использовать дополнительный флюс. Большим недостатком является высокая стоимость.
Физико-химические свойства
Физические свойства материала определяются его составом и должны максимально соответствовать тому металлу, с которым они будут спаиваться, но при этом припой для пайки медных трубок должен иметь более низкую температуру, чем основной металл, чтобы не повредить его и не поменять структуру, что особенно опасно с тонкостенными трубками. Исходя из всего этого, можно выделить два основных физических свойства, по которым делятся данные материалы:
- Низкотемпературные, которые обладают относительно низкой температурой плавления, которая не превышает 450 градусов Цельсия. Как правило, это сказывается на прочности шва, так как спайка не рассчитана на высокие нагрузки. Физические свойства металла не меняются, в том числе и прочность.
- Высокотемпературные припои для меди. Прочность соединения при такой разновидности повышается, но под воздействием температуры может уменьшиться прочность самого материала, так как в некоторых случаях температура достигает 800 градусов и выше, что создает эффект отжига на металле.
Технические характеристики
- Температура плавления: 630 – 730 градусов Цельсия
- С какими металлами может работать: медь, латунь, красная бронза, чугун, медь и ее сплавы, сталь разнообразных марок, никель и его различные сплавы
- Какой флюс подходит: LP 5.
- Температура плавления: 650 – 800 градусов Цельсия
- Температура рабочая: 710 градусов Цельсия
- С какими металлами может работать: медь, латунь, красная бронза, чугун, медь и ее сплавы, сталь разнообразных марок, никель и его различные сплавы.
- Какой флюс подходит: LP 5.
Особенности выбора
Большая зависимость здесь наблюдается от температуры плавления, так как чем она выше, тем большему влиянию подвергается металл трубы. Если это не принципиально важно, как в толстых трубах, на которых не лежит большая ответственность, то лучше выбирать твердый припой для меди с высокой температурой плавления. В ином случае, если стены тонкие и им не нужна высокая прочность соединения, то подойдет мягкий припой для пайки медных труб с низкой температурой плавления. Особое внимание нужно обратить на пищевую медь, так как припой в данном случае не должен содержать токсичных и ядовитых компонентов.
Чтобы выбрать каким припоем паять медные трубы, нужно знать состав и температуру плавления материала, на который он будет паяться.»
Особенности пайки
Процесс соединения мало чем отличается от других металлов. Здесь также нужно подготовить поверхность, очистив ее от пленки окисления. Затем следует нанести флюс для улучшения свойств спаивания, если того требует технология. Следует оставить зазор в 0,5 мм между деталями. Потом уже можно разогревать металл для рабочей температуры, как только она буде достигнута, требуется соединить припой с заготовкой, чтобы расплавленный металл проник во все требуемые отверстия. Затем дать остыть естественным способом.
Популярные марки:
- ПОС-10;
- ПОС-25;
- ПОС-45;
- ПОС-70;
- ПМЦ-36;
- ПМЦ-45;
- ПМЦ-54;
- ПСр-15;
- ПСр-45.
ГОСТ 23137-78
Группа В51
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ПРИПОИ МЕДНО-ЦИНКОВЫЕ
Copper-zinc solders. Grades
Дата введения 1980-01-01
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 24 мая 1978 г. N 1385 срок введения установлен с 01.01.80
Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
1. Настоящий стандарт распространяется на припои медно-цинковые, применяемые для пайки, и устанавливает марки припоев.
2. Марки и химический состав припоев должны соответствовать требованиям, указанным в таблице.
Химический состав, % | ||||||
Наименование припоя | Основные компоненты | Примеси, | Примерное назначение |
|||
Свинец | ||||||
Медно-цинковый 36 | Остальное | Для пайки латуни, содержащей до 68% меди |
||||
Медно-цинковый 48 | Для пайки медных сплавов, содержащих меди свыше 68% |
|||||
Медно-цинковый 54 | Для пайки меди, томпака, бронзы и стали |
Примечание. По соглашению изготовителя с потребителем пределы содержания меди и содержание примеси свинца могут быть снижены.
3. Механические и физические свойства припоев приведены в приложении.
ПРИЛОЖЕНИЕ (справочное). Механические и физические свойства медно-цинковых припоев
ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное
Механические и физические свойства медно-цинковых припоев
Температура плавления, °С | Плот- | Коэффициент линейного расширения х10 | Удельное электросопро- | Предел прочности при растяжении , МПа (кгс/мм) | Относи- | Твер- |
||
ликвидус | солидус | |||||||
Электронный текст документа
подготовлен ЗАО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
Цветные металлы. Медь. Технические условия.
Марки: Сборник ГОСТов. -
М.: Издательство стандартов, 2000