Spojovat trubky pájením? Díl 1.: Princip, použití měkkého a tvrdého pájení, postup
Princip, definice a rozsah možného použití měkkých a tvrdých pájených spojů na měděném potrubí jsou předmětem tohoto článku. Text dále popisuje teplotní a tlakovou odolnost pájených spojů a základy postupu tvorby spoje.
Definice pájení trubek
Norma ČSN EN 1775 [1] definuje pájení následovně:
„Měkké a tvrdé pájení je spojování kovových částí s využitím kapilárního chování roztaveného přídavného kovu s teplotou tání nižší než mají spojované části; roztavený přídavný kov (pájka) smáčí povrchy spojovaných kovů, které se přímo nepodílejí na vytváření spoje.
Tvrdé pájení je spojování s využitím kapilárního chování přídavného kovu s teplotou tání vyšší než 450 °C.
Měkké pájení je spojování s využitím kapilárního chování přídavného kovu s teplotou tání nižší než 450 °C.“
Teplota tání pájky je vždy nižší než teplota tání spojovaných kusů, které se ohřejí na pracovní teplotu, a přidá se pájka, která difúzí zateče do pájeného spoje.
Princip pájení měděných trubek a tvarovek
Pájení je způsob spojování trubek či tvarovek roztavenou pájkou. Pro spojování pájením se vyrábí také některé druhy armatur, to však v potrubních rozvodech není běžné. Pájené plochy přitom nejsou nataveny, ale jsou smáčeny použitou pájkou. Pájka má tyto základní vlastnosti pro vytvoření spoje:
- vzlínavost, vyplnění úzké mezery mezi spojovanými materiály všemi směry;
- smáčivost, schopnost pájky v tekutém stavu přilnout k čistému povrchu spojovaného materiálu při určité teplotě;
- roztékavost, schopnost pájky roztéci se při určité teplotě po povrchu materiálu.
Pájení se nazývá kapilární – pájka zatéká úzkou mezerou mezi stěnami trubky všemi směry, a to i proti působení gravitace. Umožňuje to kapilární síla, která vzniká pouze při dodržení správné šířky mezery (v určitém rozmezí) mezi spojovanými kusy. Mezera se nazývá také štěrbina, spára a její velikost závisí na DN měděné trubky.
| DN [mm] | Max. šířka štěrbiny [mm] | Min. šířka štěrbiny [mm] |
|---|---|---|
| 6–18 | 0,20 | 0,02 |
| 22–28 | 0,24 | 0,02 |
| 35–54 | 0,30 | 0,03 |
| 64–108 | 0,41 | 0,03 |
Pro dodržení správné šířky štěrbiny po celé její délce se musí dodržet kruhovitost trubek – u měkkých trubek se před pájením zpravidla provádí kalibrace, v závislosti na použité technologii dělení trubek.
Oblast použití
Podobně jako při tvorbě spojů lisováním, má i spojování měděných trubek pájením široké uplatnění. Na uplatnění závisí i způsob pájení, který může být použit. Měkké a tvrdé pájení se svými vlastnostmi liší, a proto je také oblast použití přesně specifikována.
| Dopravované medium | Pájení | |
|---|---|---|
| měkké | tvrdé | |
| Pitná voda do DN 28 včetně | + | -- |
| Pitná voda nad DN 28 | -- | + |
| Vytápění teplovodní | + | + |
| Vytápění horkovodní | -- | + |
| Vytápění podlahové | -- | + |
| Topný olej | -- | + |
| Chladicí tekutina | -- | + |
| Plyn (zemní i tekutý) | -- | + |
| Chladivo | -- | + |
Předpisy pro spojování trubek pájením
Spojování trubek pájením je podobně jako lisováním určováno různými předpisy, nejčastěji ČSN EN, EN ISO, DVGW pracovními listy GW 2, GW 7 a dalšími. Důležité jsou části týkající se bezpečnosti práce, protože se jedná o práci s vysokými teplotami. Přehled předpisů uvádí seznam použité a doporučené literatury. Základem vytvoření kvalitních pájených spojů a dodržování bezpečnosti práce je důsledné dodržování příslušných norem, předpisů a také doporučení výrobců trubek, tvarovek a pájecího nářadí.
Teplotní a tlaková odolnost
Odolnost pájeného spoje musí odpovídat provozním podmínkám pro použití daného trubního rozvodu. Teplota i tlak dopravovaného media potrubím jsou v běžných domovních potrubních rozvodech na tak vysoké (nízké) hodnotě, že buď měkké, nebo tvrdé pájení může ve většině případů zajistit bezpečný provoz potrubí. V rozvodech s možnou vyšší (nebo nárazovou vyšší) teplotou se zvolí tvrdé pájení.
Norma ČSN EN 1245-1 [2] určuje provozní teploty a tlaky podle tabulky 3.
| Metoda | Provozní teplota [°C] | Maximální provozní tlaky [bar] pro jmenovité průměry | ||
|---|---|---|---|---|
| 6–34 mm včetně | nad 34–54 mm včetně | nad 54–108 mm včetně | ||
| měkké pájení | 30 | 16 | 16 | 10 |
| 65 | 10 | 10 | 6 | |
| 110 | 6 | 6 | 4 | |
| tvrdé pájení | 30 | 25 | 25 | 16 |
| 65 | 25 | 6 | 16 | |
| 110 | 16 | 10 | 10 | |
Poznámka: Tabulka platí pro měkké pájky s obsahem cínu ≥ 95 %. Pro spoje potrubí s chladivem v chladicích zařízeních, klimatizacích a tepelných čerpadlech namáhané vyššími tlaky je nutné volit doporučené technologie pájení.
Pájení měkké a tvrdé
Základním rozlišením je teplota tavení pájky. Měkké pájení je do teploty 450 °C, tvrdé pájení nad tuto teplotu. Pro měkké a tvrdé pájení se používají rozdílné pájky a tavidla. Měděné rozvody se pájí obvykle do průměru trubek 28 mm na měkko. Na rozvody s větším průměrem (nad 28 mm), je vhodné využít tvrdé pájení.
Postup při vytváření pájeného spoje
Pájený spoj na měděných trubkách a tvarovkách je možné vytvořit pomocí otevřeného ohně nebo elektrických pájecích nářadí.
Před vlastní montáží je třeba vybrat vhodné potřebné nářadí pro zhotovování pájených spojů tak, aby odpovídaly určeným trubkám a tvarovkám, a zkontroluje se, zda jsou v čistém a provozuschopném stavu.
Obr. Kartáče pro čištění vnitřních ploch konců trubek, nebo fitinků různých průměrů (Zdroj: Rothenberger)
Postup pájení při ohřevu ohněm:
- spojované, očištěné a odmaštěné trubky se uřežou kolmo na míru a konce se zbaví otřepů;
- konec jedné trubky se rozšíří, aby vzniklo hrdlo (v některých případech je nutné trubku předem vyžíhat), pokud se nepoužívá tvarový fitinek;
- u měkkých trubek se provede kalibrace nejprve uvnitř trnem a poté vně kalibrovacím kroužkem;
- jemným ocelovým kartáčem a rounem se očistí pájené povrchy na lesk tak, aby se zbavily zoxidovaných částí;
- spojované povrchy se ošetří roztokem nebo pastou s tavidlem;
- spojované díly se zasunou do sebe až nadoraz, aby se spoj mohl vytvořit v celé ploše;
- zbytky tavidla, které vytekly na povrch, se odstraní čistým hadříkem;
- spoj se zahřívá na teplotu tání pájky, pájka se přiloží na okraj spoje a sama, kapilární silou, do spoje zateče;
- pájka se přidává do spoje tak dlouho, dokud do něj zatéká, až vytvoří na vnějším okraji spoje „prstýnek“, případně i viditelnou kapku;
- spoj se nechá volně vychladnout a posléze očistí vlhkým hadříkem od zbytků tavidla.
Obr. Pájení měděných trubek elektrickými kleštěmi. (Zdroj: Rems)
Postup při pájení elektrickým ohřívacím přístrojem je podobný. Materiál se však nenahřívá ohněm, ale elektrickými pájecími kleštěmi. Běžný výkon elektrických páječek je cca 2 000 W.
Aby při tvrdém pájení nedošlo k prasknutí spoje, musí být spoj dobře očištěný, volí se pájka s vyšším obsahem stříbra a spoj se nechá volně ochladit na vzduchu. Teprve potom se odstraní zbytky tavidla.
U tvrdého pájení se obvykle používá pájka a tavidlo, nebo pájka obalená tavidlem. Tvrdé pájky jsou vhodné pro pájení s požadavkem na vyšší mechanickou a tepelnou odolnost.
Teplota tavení se udává u každé pájky. Je rozdílná podle přesného složení pájky. Na tuto teplotu se předehřeje trubka v místě spojení a přidává se pájka.
Při špatné teplotě (příliš vysoké nebo nízké) pájka nepřilne dobře k materiálu. Při příliš nízké teplotě může vzniknout tzv. studený spoj a ten nemá požadovanou pevnost. Při příliš vysoké teplotě naopak vznikne přehřátý spoj a mohou vzniknout deformace a trhliny. Je zřejmé, že tvrdé pájení vyžaduje větší zkušenost než měkké.
Minimální délky připájení jsou dány EN 1254-1 [2] a platí, že čím je větší DN pájené tvarovky, tím větší je délka připájení.
| DN [mm] | Délka připájení [mm] |
|---|---|
| 10 | 7,8 |
| 12 | 8,6 |
| 15 | 10,6 |
| 18 | 12,6 |
| 22 | 15,4 |
| 28 | 18,4 |
Ohřev spoje na pájecí teplotu
Správný ohřev na potřebnou teplotu je velmi důležitý, protože ovlivňuje kvalitu pájeného spoje. Důležitou roli při ohřevu má nejen rozdílná teplota u měkkého a tvrdého pájení, ale také průměr spojovaného potrubí. Při měkkém pájení se doporučuje plamen podle tab. 5.
| DN [mm] | Plamen |
|---|---|
| do 28 | na 1 místě |
| 28–54 | na více místech |
| nad 54 | prstencový hořák |
Spoje trubek malých průměrů se vlivem vysoké tepelné vodivosti mědi dostatečně prohřejí plamenem z jednoho směru. Čím je větší průměr spoje, tím je třeba dodat více tepla a zajistit správný ohřev trubky a tvarovky po celé ploše spoje. U trubky DN 28 až 54 se doporučuje plamenem pohybovat, aby došlo k rovnoměrnému ohřátí spoje ve všech místech. Pro větší průměry spojů se používá prstencový hořák nebo hořák s větším tepelným výkonem.
Při pájení na tvrdo, které vyžaduje vyšší teploty spojovaných dílů, se rovněž rozlišuje plamen podle DN spojovaného potrubí. Do DN 18 se používá hořák s přisáváním vzduchu. Od DN 22 je třeba dodávat do spoje větší teplo a doporučuje se používat hořák s přívodem kyslíku.
