Рынок кровельных металлов растет и становится все более разнообразным. Однако информации о том, как работать с пайкой металлов и какие использовать для этого средства просачиваются на рынок крайне скудно. В связи с этим мы попросили раскрыть эту тему технического консультанта компании КМЕ в России Владимира Шеслера, который предложил несколько практических советов для получения совершенного паяного шва, а также ответил на дополнительные вопросы журналиста.
Многообразие пайки
Какие кровельные материалы подлежат пайке?
Паять можно оцинкованный металл, нержавеющий металл, свинец, медь, титан-цинк. Говорится много о том, что можно паять алюминий (имеется в виду низкотемпературная пайка без применения инертных газов; на выставке в Германии, еще в 2000 г. видел выставочный образец), но в практике – на объекте – пока никто не паяет. Алюминий проще и легче проклеить.
Львиная доля пайки кровельных материалов приходится все-таки на медь и титан-цинк. В связи с появлением на рынке новых видов поверхностей меди и титан-цинка у кровельщиков по металлу часто возникают вопросы из-за неопределенности, связанные с тем, как, каким припоем, какой кислотой (флюсом) можно правильно паять тот или иной материал.
На сегодня самой распространенной технологией соединения для кровельщиков по металлу является фальцевая техника.
Она выступает, в зависимости от варианта выполнения, как безопасная при дожде, или даже как непроницаемая при дожде. Но фальцевое соединение не является водонепроницаемым. Водонепроницаемое соединение обеспечивает защиту от воды под давлением. Небольшое давление воды всегда существует, например – на плоско-наклоненных кровлях при дожде, в разжелобках, кровельных желобах и водосточных трубах.
По существующим с 2009 г. правилам Немецкого союза кровельщиков по металлу водонепроницаемыми обязаны выполнять следующие соединения:
- При установке водосточных желобов при наклоне кровли < 10 °.
- При соединениях (подводках) и в разжелобках при наклоне разжелобков < 15°.
- При поперечных соединениях кровельных картин при наклоне кровли < 7°.
В зависимости от того, какое давление воды предполагается, водонепроницаемые соединения выполняются с помощью пайки (низко- или высокотемпературной), сварки, клепочного соединения и пайки/уплотнительной ленты или двойного фальца с уплотнительной лентой/уплотнительным гелем.
При пайке необходимо обращать внимание на ряд важных моментов. Это, прежде всего, добросовестная подготовка соединяемых деталей – не зависимо от того, медь ли это или цинк. Сила сцепления припоя (адгезия) зависит от качества зачистки спаиваемых поверхностей. Это означает, что любые примеси и загрязнения на металле мешают полностью смачивать поверхности соединяемых деталей и уменьшают текучесть припоя так, что он не может полностью распределиться по поверхности. Во многих случаях это является причиной того, что не удается достичь удовлетворительного состояния пайки. Поверхности соединяемых мест должны быть очищены до ярко металлического цвета, поскольку неочищенная поверхность впоследствии может привести к неплотностям, протечкам и усложнению самого процесса пайки. 
Это относится также и к используемым в момент проката на поверхности металлов маслам и остужающим веществам. Для удаления масел, эмульсий можно использовать, например, средства для чистки или смыва. Толстые, жестко держащиеся оксидированные, загрязненные или защитные слои можно соскрести частично только с помощью абразива.
В связи с тем, что разные металлы имеют различные свойства, необходимо применять припои и флюсы, строго соответствующие нормам и рекомендациям производителей. Только они обеспечивают постоянное и фиксированное соединение спаиваемых поверхностей.
Перехлест шва для пайки должен иметь минимальную ширину – от 10 до 15 мм. Полностью пропаянный в перехлесте шов предоставляет наибольшую прочность и не позволяет попадать внутрь коррозионным остаткам. Перехлесты большой ширины усложняют возможность пропаять полностью данную зону. При пайке деталей, имеющих большую развертку, таких, например, как заглубленные желоба, или при толщине металла ≥ 0,8 мм необходимо предварительно пролудить места перехлеста/соединения. Эта операция облегчает правку капиллярного/паяльного шва, который не должен быть толще, чем 0,5 мм. В зависимости от области применения можно использовать для пайки «носик» молоточкового или шпицеобразного вида (далее – носик).
Исходя из опыта, 500-граммовый носик для пайки обеспечивает высокое сохранение тепла, без того, чтобы быстро перегреться. В связи с тем, что медь при пайке очень хорошо отводит тепло, необходимо при пайке добавлять больше газа, а вот при пайке цинка, исходя из его низкой температуры плавления в 418°С, рабочую температуру при пайке необходимо удерживать в области 250°С. При этом широкая часть бойка носика молоточкового типа помогает передать тепло на шов быстро и равномерно. Также надо принимать во внимание, чтобы припой заливался только туда, куда направляется тепло молотка для пайки. После окончания процесса пайки остатки флюса необходимо обязательно промыть. Важно также эту процедуру произвести с двух сторон. При этом возможность появления коррозии будет уменьшена, а следы процесса оксидации не будут проявляться очень ярко. Все эти процедуры очень сильно влияют на окончательный внешний вид выполненных кровельных работ.
Вы привели температуру плавления цинка, но есть ли такой же параметр для меди?!
Температура плавления меди – 1083,4° С, но в кровельной пайке это не имеет никакого значения. Указание на температуру плавления титан-цинка связано с тем, что она ниже, чем у других металлов, и, учитывая высокую температуру газового паяльника, существует опасность прожечь цинк. А медь – только с помощью кислорода. С нормальным газовым паяльником прожечь медь невозможно.
Есть ли различия в носиках при разных видах пайки, для разных видов материалов?
Особо нет – основным требованием почти для всех видов пайки является наличие носика весом 500 г. Форма – к какой специалист привык. Но с помощью итальянского производителя A.F. di MARINI GIULIANO возможно производить пайку более легкими носиками за счет продуманных прорезей корпуса носика – носик получает больше тепла.
За счет специального сплава покрытия медной оболочки носики данной конструкции НЕ ТРЕБУЮТ предварительной подготовки – их не надо ковать, зачищать, лудить. Надо помнить только несколько важных для жизни носика требований – не стучать им, не обрабатывать паяльником или корщеткой, НЕ ПЕРЕГРЕВАТЬ!! Обычные медные носики необходимо тщательно очищать после работы с помощью специального паяльного камня, а также отбивать перед работой в разогретом состоянии.
Чтобы получить прочное паяное соединение, необходимо убрать пленку окисла со спаиваемых поверхностей и защитить метал от дальнейшего окисления при пайке. Для этого существуют флюсы, которые представляют собой, как правило, многокомпонентные системы, выполняющие сразу несколько функций. Это очистка поверхности, удаление окисла, улучшение растекания припоя и, как следствие, увеличение прочности и плотности соединения. Условно флюсы можно подразделить на оржавляющие и неоржавляющие (коррозирующие и некоррозирующие, нейтральные), т.е. на те, которые требуют после пайки хорошей промывки паяного соединения, и те, которые не оржавляют пайку и даже могут в дальнейшем защищать ее от коррозии. При работе с кровельными флюсами промывка паяного соединения является обязательной.
Пайка меди
Такой металл, как медь, предлагает огромное разнообразие поверхностей. Параллельно с классической медью предлагаются химически обработанные поверхности, а также сплавы с цинком, оловом, алюминием. Здесь необходимо отметить различие в процедурах пайки всех этих вариантов. Вот несколько рекомендаций от фирмы КМЕ.
Чистая медь – пайку чистой (не легированной) меди необходимо производить на основе DIN EN 29453:
- Припой L-Pb60 Sn40 – олово с добавкой 60% свинца, свободный от сурьмы, температура расплава 183–235°С. При этом перехлест места пайки должен быть не менее 30 мм и для противодействия поперечным силам – проклепан одним рядом заклепок. Фото IMG_3044 (Подпись – Пайка с использование заклепок).
Припой L-Sn97 Cu3 – олово с добавкой 3% меди, температура расплава 230–250° С. При этом перехлест должен быть максимум 10 мм шириной и не нуждается в заклепках.
Как флюс по DIN EN 29454-1 для меди необходимо использовать тип 3.1.1., например – Chemet Flux Copper, Z-02, Braztec Solderflux 7000.
Такие медные поверхности, как TECU Oxid® (оксидированная медь), TECU Patina® (патинированная медь), разрешено паять ТОЛЬКО в технике низкотемпературной пайки. Поверхности перехлестов шва перед пайкой необходимо механически зачистить до ярко металлического блеска.
Луженая медь TECU Zinn® также паяется ТОЛЬКО в технике низкотемпературной пайки. Поскольку поверхность этого металла состоит из чистого олова, для пайки можно использовать только припой L-Sn97 Cu-3.
Качество и прочность пайки, физические параметры соединения зависят в большой степени от вида припоя. Низкотемпературные (до 450°С) припои, хоть и не дают повышенной прочности шва, зато позволяют вести пайку при температуре, которая мало влияет на прочность основного металла и не меняет его основные характеристики. Высокотемпературные (свыше 450°С) припои дают большую прочность шва, но требуют высокую квалификацию и соответствующий уровень оборудования, так как при этом происходит отжиг металла.
Работа со сплавами меди
Для низкотемпературной пайки сплавов меди TECU Brass® (латунь/медь-цинк), TECU Bronze® (бронза/медь-олово) применимы припои L-Pb60 Sn40 и L-Sn97 Cu3. Как флюсы применимы типы 3.1.1; 3.1.2; 2.1.2.
С помощью низкотемпературной пайки можно беспроблемно паять также медно-алюминиевый сплав TECU Gold® . Для этого необходимы специальный припой L-Cd80 Zn20 (Кадмий – 80%, цинк – 20%, Solder Gold) и специальный флюс типа 2.1.2.А (Flux Gold).
При пайке сплавов необходимо учитывать, что при нагреве происходит цветовое изменение поверхности металла, в связи с этим швы для пайки необходимо выполнять в местах, которые невидимы.
Для пайки меди и сплавов наиболее подходящим является носик молоточкового типа весом в 500 г, желательно, чтобы боек был шириной 6–10 мм. Перед работой носик необходимо зачистить и облудить. При работе спаиваемые детали предварительно необходимо точечно «прихватить», потом припой распределить и равномерно заполнить шов. Для этого боек носика необходимо вести плоско ко шву. После пайки остатки флюса необходимо с помощью мокрой ткани очень тщательно удалить. Важно! – Ткань необходимо регулярно промывать.
Пайка титан-цинка
Производители цинка тоже не стоят на месте и с помощью химических процессов создают различные искусственно состаренные поверхности для разнообразной кровельной и фасадной архитектуры. Чтобы защитить материал от следов переработки, так же как и при хранении и транспортировке, на материал в последней фазе проката наносится специальный временный органический защитный слой. На это очень важно обращать внимание при пайке.
Фирма RHEINZINK, например, рекомендует для поверхностей «vorbewittert pro blaugrau®» (серо-голубая патина), «vorbewittert pro schiefergrau®» (шиферно-серая патина) использовать флюс фирмы Felder ZD-pro. Для удаления временного защитного слоя на поверхностях «pro» фирма Felder предлагает специальный растворитель. Как часто применяемая альтернатива, возможно удаление защитного слоя с помощью чистящей губки для посуды (имеющей две стороны – мягкую и жесткую/абразивную). После чистки абразивной стороной губки металл обычно становится полностью готовым к пайке. Для пайки металла «walzblank®» фирмы RHEINZINK можно использовать флюс от фирмы Chemet – Z-04-S .
Также производитель цинка Umicore Bausysteme предлагает кроме классического металлического титан-цинка (Blank-Zink) различные варианты предварительно состаренных поверхностей VM-Zink Anthra, VM-Zink Quartz, цветного (три цвета) VM-Zink Pigmento.
Для пайки Blank-Zink предлагается флюс VMZ Zinn 7, для пайки предварительно состаренных вариантов – VMZ-Deka. Для всех вариантов пайки может быть использован свинцово-оловянный припой S-Pb60 Sn40 (DIN EN ISO 29453). Этот припой полностью идентичен традиционному в Германии припою L-PbSn40(Sb). Припой S-Pb50 Sn50 (L-Sn50Pb50) с большим содержанием олова предпочтительнее при работе в цеху или при работе по созданию орнаментальных изделий.
Чтобы выполнить квалифицированный, технически правильный паяный стык, необходимо для титан-цинка, так же как и для меди, использовать надлежащий носик для пайки. Стороны и боек должны быть для минимизации возможности появления оксида на поверхности носика «выглажены» напильником и облужены. С определенной периодичностью носик необходимо проковывать для создания правильной формы, для лучшей передачи тепла.
Пайка нержавеющей стали
Работу с нержавеющей сталью разберем на примере материала UGINOX – UGITOP. Стыки пайки необходимо выполнять с шириной перехлеста в 10–15 мм. Желательно пайку выполнять, заполняя полностью всю ширину стыка. Для Uginox можно не использовать заклепки, если общая ширина пропаянного шва составляет 15 мм. В этом случае шов пайки может перенять на себя все появляющиеся силы. При пайке Ugitop применение заклепок настоятельно рекомендуется. На рынке присутствуют заклепки из нержавейки, луженые – с помощью которых можно на много легче пропаять заклепки. Если ширина перехлестов для пайки, более чем 10–15 мм, появляется риск, что шов не сможет быть пропаян всплошную и в нём останутся остатки кислоты (флюса), которые при смеси с дождевой водой приведут к изменению цвета возле стыка (Uginox), к формированию коррозионной полосы на поверхности (Ugitop).
Поскольку Uginox и Ugitop имеют низкую теплопроводность, они нуждаются в низкотемпературной пайке, и даже при этом работу необходимо проводить кусками, чтобы не перегревать место пайки. Uginox отличается от Ugitop тем, что изготавливается из нержавеющей стали, покрытой слоем олова, которое со временем покрывается патиной. Олово приглушает природный блеск нержавеющей стали и придает покрытию матовый атласный вид, однородный цвет которого позволяет использовать покрытие в любых местах. Ugitop хорошо подходит для сварочных работ. При этом Uginox не рекомендуется паять из-за разрушения при пайке луженого слоя. Перегрев приводит к тому, что с поверхностью нержавейки олово «стекает».
После выполнения пайки остатки кислоты (флюса) необходимо удалить ЧИСТОЙ тряпкой с БОЛЬШИМ количеством воды. Остатки кислоты (флюса) приводят к появлению следов – впоследствии не удаляемых.
Для пайки Uginox и Ugitop применяется флюс на базе фосфорной кислоты. Как припой используется оловянно-свинцовый сплав с минимальным содержанием олова – 30% (S-Pb70 Sn30).
При пайке (кровельных) нержавеющих металлов разрешено использовать только свободный от хлоридов флюс, так как при использовании флюсов, содержащих хлориды, происходят процессы, приводящие к коррозии нержавейки.
Применима ли для всех вышеперечисленных случаев высокотемпературная пайка?
Практически для всех вариантов пайки вышеназванных металлов применяется вариант низкотемпературной пайки. Высокотемпературная пайка может применяться только для классической меди.
Влияет ли температура окружающей среды на процесс пайки?
Это не правильно поставленный вопрос. Когда мы говорим о температуре окружающей среды в момент пайки, необходимо думать о температуре газа – пропана. Существует большое многообразие газов, которые используют для пайки. При сильном ветре и низкой температуре происходит уменьшение парообразования газа в баллоне и, как следствие, газ в баллоне есть, но он не испаряется, а течет. Паять в такой ситуации нельзя. То есть – при низких температурах с ветром паять категорически запрещено.
Необходимо ли учитывать соседство с какими-либо еще материалами на кровле при пайке? (например, основание, пленки, уплотняющие ленты и т.п.)?
Низкотемпературная пайка позволяет проводить все работы на кровле, не опасаясь проблем, связанных с пожаробезопасностью. Скорость отдачи тепла в атмосферу значительно выше, чем в обрешетку или пленки. Поэтому практически все пленки сохраняют свои качества. Обрешетка в какой-то дополнительной защите не нуждается. К тому же, многие узлы можно легко выполнить в стороне и только после охлаждения и очистки поставить их для монтажа на место.
Какие основные правила техники безопасности при пайке?
Одним из самых опасных нарушений правил безопасности является переполнение баллонов сжиженным газом сверх установленных норм. Дело в том, что при увеличении температуры на одну и ту же величину пропан расширяется в 16 раз больше, чем вода, и в 3,2 раза больше, чем керосин (бутан, соответственно, в 11 и в 2,2 раза). Расчетные данные показывают, что давление в переполненном сжиженным газобаллоне увеличивается в среднем на 6,87 бар при нагревании газа на 10 С. Так, перепад температур от +20 до +35°С приводит к увеличению давления на 103 бара, что неминуемо вызовет раздутие, а затем и разрыв баллона, материал которого имеет сопротивление разрыву всего 38–40 кгс/см2 (то есть примерно рассчитан на 2,5-кратный запас по сравнению с рабочим давлением, не превышающим 15,7 бар).
Поэтому баллоны заполняются не полностью, а с оставлением некоторого объема для паров сжиженных газов. При наличии такой воздушной подушки (паровая фаза) расширение сжиженных газов (жидкая фаза) не вызовет опасных для стен баллона напряжений, а приведет только к уменьшению объема (сжатию) этой подушки. Степень заполнения баллонов зависит от плотности сжиженного газа и разности его температур во время заполнения и при последующем использовании (хранении). Существующие правила безопасности определяют предельное заполнение баллона в зависимости от разности указанных температур в пределах 80–90% от его емкости. При пайке газовой горелкой перед началом работы необходимо проверить герметичность шлангов и аппаратуры. Баллоны с газом должны храниться в вертикальном положении. Необходимо принимать тщательные меры предосторожности при использовании низкотемпературного медного припоя, содержащего кадмий, в связи с отравляющим воздействием паров кадмия. При пайке необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию, так как может появиться вредный для здоровья дым фтористых соединений из флюса, в котором используется фтор.
Чтобы избежать вреда, рекомендуется проводить все работы в хорошо проветриваемом помещении или на улице, убедиться в том, что данная продукция произведена в соответствии с действующими нормами, установленными в отношении токсичных веществ, внимательно изучить описание свойств, которое имеется на этикетке.
