Spojovat trubky pájením? Díl 1.: Princip, použití měkkého a tvrdého pájení, postup

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.

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.

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.

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.

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.

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.