Łączenie rur miedzianych w instalacjach wodnych, grzewczych i gazowych (1). Lutowalna miedź

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

które chroni użytkowników przed chorobami powodowanymi zanieczyszczeniem wody.
Nie bez znaczenia jest również atrakcyjny kolor metalu.
Miedziane rury do instalacji sanitarnych dla budownictwa wytwarzane są w zasadzie z jednego gatunku Cu-DHP (oznaczenie numeryczne: CR024A) wg PN-EN 1976:2001 (M1R wg normy PN-77/H-82120). Jest to gatunek miedzi zawierający 0,015-0,040% fosforu. Spełniony zostaje zatem warunek całkowitego odtlenienia miedzi fosforem (min. 0,013). Gatunek ten nie tylko doskonale nadaje się do lutowania, ale również do spawania.

Rury dla instalacji wodnych, ogrzewczych i na paliwa gazowe wg PN-EN 1057 wytwarzane są w trzech stanach: twardym (oznaczonym R-290), półtwardym (oznaczonym R-250) i wyżarzonym (oznaczonym R-220). Liczba po symbolu R oznacza minimalną wytrzymałość na rozciąganie Rm materiału. Rury w stanie miękkim produkowane są do średnicy 54 mm i w zakresie 6-22 mm dostarczane są w kręgach. Średnice od 22 do 54 mm dostarczane są w odcinkach o długości 5 m. Rury o średnicy 12-108 mm i długości 5 m występują w przypadku rur półtwardych, a rury w stanie twardym mają długość 5 m dla średnicy do 133 mm, a dla średnic 159, 219 i 267 długość 3 i 5 m. W tabeli 1 zestawiono średnice i grubości ścianek rur stosowanych na instalacje wodociągowe i na paliwa gazowe oraz instalacje ogrzewcze zgodnie wymaganiami normy PN-EN 1057. Każda rura powinna być trwale oznaczona odpowiednim napisem umieszczonym wzdłuż jej długości. Napis powinien mówić o normie, wg której wykonano produkt, o gatunku miedzi, jej stanie, średnicy i grubości ścianki oraz powinien zawierać znak identyfikacyjny producenta.

Technologie Podstawową technologią trwałego łączenia elementów instalacji miedzianych między sobą jest łączenie przy użyciu złączek zaciskowych i samozaciskowych, lutowanie twarde i miękkie oraz spawanie. W niniejszym artykule omówione zostaną tylko spawalnicze technologie łączenia elementów instalacyjnych, czyli lutowanie twarde i miękkie oraz spawanie.

Miedź jest jednym z najłatwiej lutowalnych metali.
Jednym z warunków zapewnienia odpowiedniej szczelności i wytrzymałości połączeń lutowanych jest odpowiednia szerokość zakładki złącza lutowanego.

Dla zapewnienia tego warunku stosuje się kielichowanie (niedopuszczalne jest roztłaczanie) końcówki rury za pomocą specjalnych przyrządów albo stosowanie łączników, kolan dwukielichowych, kap, trójników równoprzelotowych itd. do lutowania kapilarnego o średnicy wewnętrznej zapewniającej odpowiednią szerokość szczeliny lutowniczej, która dla złączy lutowanych powinna wynosić 0,1-0,15 mm.

Wymiary, oznaczenia oraz maksymalna dopuszczalna temperatura i ciśnienia pracy złączek podano w normie PN-EN 1254-1.

Miedź można lutować zarówno
lutami miękkimi (temperatura topnienia poniżej 450°C), jak i
twardymi (temperatura topnienia powyżej 450°C), przy czym w przypadku lutowania rur o średnicach poniżej 28 mm, ze względu na możliwość przegrzania materiału i uszkodzenia powierzchni rur, stosowane jest jedynie lutowanie miękkie.

Na schemacie przedstawiono, jaką metodę łączenia stosować do danego typu instalacji.

Przygotowanie złącza do lutowania Przygotowanie złącza do lutowania twardego i miękkiego zasadniczo nie różni się między sobą i składa się z następujących czynności: cięcie rur, gradowanie krawędzi ciętych, kielichowanie końcówki rur (o ile nie są stosowane łączniki), czyszczenie powierzchni rur w miejscu łączenia i nałożenie topnika, jeśli jest stosowany. Najczęściej zalecane spoiwa do miękkiego lutowania instalacji miedzianych to luty cynowo-ołowiowe oraz cynowe luty bezołowiowe. Warto wspomnieć, że ze względów sanitarnych nie dopuszcza się do stosowania w instalacjach wody pitnej lutów zawierających kadm i ołów. W tym przypadku stosuje się luty cynowo-miedziane (S-Sn97Cu3) i cynowo-srebrne (S-Sn97Ag3). Skład chemiczny i temperaturę topnienia kilku wybranych gatunków lutów miękkich, zgodnie z PN-EN ISO 9453:2008, podano w tabeli 2. Często do lutowania miękkiego instalacji miedzianych stosuje się pasty z topnikiem lub łączniki z integralnie wtłoczonym lutem z topnikiem. Wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych lutami miękkimi nie przekracza zazwyczaj 50 MPa i znacznie maleje wraz ze wzrostem temperatur, z czego wynika ograniczenie stosowania lutów miękkich do instalacji pracujących w temperaturze do 110oC.

Dodatkowo do lutowania, oprócz lutu, stosowany musi być topnik lutowniczy rozpuszczający tlenki z powierzchni elementów lutowanych i zabezpieczający przed ponownym utlenieniem powierzchni w trakcie lutowania.
Topniki do lutowania miękkiego mają przeważnie postać pasty, żelu lub płynu, które po lutowaniu muszą pozostawiać niekorozyjny, a w przypadku instalacji wody pitnej nietoksyczny, żużel, łatwo zmywalny zimną wodą. Klasyfikację topników do lutowania miękkiego ujęto w normie PN-EN 29454-1.

Do lutowania twardego instalacji miedzianych zaleca się stosowanie spoiwa miedziano-fosforowego lub miedziano-fosforowego z dodatkiem srebra, które poprawia właściwości plastyczne lutu.

Zaleca się również stosowanie spoiw srebrnych typu Ag-Cu-Zn lub Ag-Cu-Zn-Sn.

Ekonomiczne w zastosowaniu, z uwagi na stosunkowo niskie ceny w stosunku do lutów srebrnych, jest stosowanie lutów cyna–fosfor. Dodatkową zaletą tych lutów jest uniknięcie konieczności stosowania topnika, gdyż fosfor w lucie zapewnia redukcję tlenków miedzi pokrywających lutowany metal.
W pozostałych przypadkach należy stosować topnik o odpowiedniej aktywności w temperaturze lutowania zależnej od temperatury topnienia lutu. Topniki do lutowania twardego miedzi mogą mieć postać pasty, proszku, zawiesiny itp.

Na rynku dostępne są również luty zawierające topnik bądź w postaci otuliny, bądź znajdujący się w rdzeniu lutu. Wówczas, oczywiście, nie jest konieczne nakładanie na powierzchnie lutowane dodatkowego topnika. W tabeli 3 zestawiono kilka podstawowych lutów stosowanych do lutowania miedzi oraz temperaturę ich topnienia. Wytrzymałość połączeń lutowanych lutami miedź–fosfor wynosi ok. 120 MPa, a lutami srebrnymi ok. 170 MPa, a więc jest kilkukrotnie większa od wytrzymałości połączeń wykonywanych przy użyciu lutów cynowych.

Lutowanie montażowe połączeń w instalacjach odbywa się przy zastosowaniu odpowiednich palników
propanowo-powietrznych lub
acetylenowo-tlenowych.

Temperatura płomienia propanowo-powietrznego wynosi ok. 1900°C, a
acetylenowo-tlenowego ok. 3100oC.

Wysoka temperatura płomienia tlenowo-acetylenowego z jednej strony przyspiesza proces nagrzewania do temperatury lutowania, z drugiej stwarza niebezpieczeństwo niedopuszczalnego nadtopienia powierzchni rur miedzianych. Krytycznym czynnikiem wpływającym na jakość prac związanych z lutowaniem jest rodzaj palnika, a w szczególności nasadki palnika. I tak równomierne nagrzewanie standardowym palnikiem, pomimo bardzo dużej przewodności cieplnej miedzi (411 W/m*K), może być utrudnione, szczególnie w miejscach uniemożliwiających swobodne manipulowanie palnikiem. W takich sytuacjach dużo korzystniejsze jest stosowanie palników z nasadkami równomiernie nagrzewającymi obszar lutowania. O metodach nagrzewania, sprzęcie do lutowania oraz podstawowych wadach połączeń lutowanych miedzi wraz z przykładami mowa będzie w następnym artykule.

dr inż. Maciej Różański

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij