W części I artykułu przedstawiono specyfikę miedzi jako materiału konstrukcyjnego instalacji ziębniczych, wodnych i ogrzewczych oraz zasady łączenia miedzi z innymi materiałami. Podano również wymagania dla elementów instalacji.
W części II zostaną przedstawione dopuszczalne metody łączenia elementów i wyposażenia instalacji wykonanych z miedzi, przeznaczonych do obiegów ziębniczych, wody oraz wodnych roztworów glikolu. Zostaną omówione niektóre zasady wykonywania połączeń nierozłącznych oraz szczegółowe wymagania dla lutowania twardego.

Trudne warunki panujące w przewodach z czynnikiem ziębniczym, tj. możliwe drgania pochodzące od sprężarek, szeroki zakres temperatur roboczych, wymuszają stosowanie pewnych i wytrzymałych połączeń rurociągu. Podstawową metodą łączenia rur miedzianych jest lutowanie kapilarne. Efekt kapilarny uzyskuje się przez pozostawienie kapilarnej szczeliny między rurą a nasadzoną na nią kształtką. Trwałość takiego połączenia zależy od dochowania dopuszczalnej tolerancji wymiarów złączek i rur, podanych w normach przedmiotowych, np. PN-EN 14276-1.
Z uwagi na stosowanie niebezpiecznych i obecnie ściśle ewidencjonowanych czynników ziębniczych (substancje zubożające warstwę ozonową, f-gazy), połączenia rur i osprzętu w instalacjach ziębniczych powinny być trwale szczelne i zapewniać bezpieczną eksploatację. Połączenia rozłączne umożliwiają wykonywanie obowiązkowych pomiarów czynnika lub zapewniają dostęp do jego uzupełnienia, służą do montażu elementów, które powinny być serwisowane podczas eksploatacji, itp. Uszczelnia się je głównie wg systemu metal na metal, np. z zastosowaniem stożka czy zacinanego pierścienia metalowego. Taki rodzaj uszczelnienia daje pewność utrzymania szczelności niezależnie od temperatury i drgań. Połączenia rozłączne rur z osprzętem powinny być wykonywane za pomocą połączeń kołnierzowych lub łączników gwintowanych zaciskowych. Należy unikać połączeń gwintowanych na gwinty stożkowe typu R i stosować je wyłącznie do montażu przyrządów pomiarowych i kontrolnych na rurociągach.
Do wykonywania połączeń nierozłącznych (stałych) w obrębie instalacji ziębniczej powinno się stosować lutowanie twarde lub spawanie. Do łączenia rur z osprzętem w instalacjach ziębniczych nie powinno się stosować lutowania miękkiego. Rury o różnych średnicach należy łączyć jedynie za pomocą fabrycznie wykonanych złączek rurowych redukcyjnych.
Połączenia lutowane miękko mogą być stosowane w instalacjach wody ciepłej i zimnej oraz w instalacjach grzewczych, w których temperatura robocza nie przekracza 110°C. W tych instalacjach zaleca się stosowanie kapilarnego lutowania z użyciem kształtek o sprawdzonej jakości, aby wzmocnić ochronę przed korozją.

Wymagania zasadnicze dotyczące wykonywania połączeń nierozłącznych
W dyrektywie PED sformułowano następujące wymagania ogólne dotyczące połączeń elementów i części składowych instalacji:
● połączenia nierozłączne i strefy do nich przyległe powinny być pozbawione jakichkolwiek niezgodności powierzchniowych i wewnętrznych, pogarszających bezpieczeństwo urządzenia;
● przygotowanie elementów składowych (np.: formowanie, ukosowanie brzegów) nie może powodować uszkodzeń, pęknięć lub zmian własności wytrzymałościowych, które mogłyby ujemnie wpływać na bezpieczeństwo;
● właściwości połączeń nierozłącznych powinny być co najmniej równoważne właściwościom określonym dla materiałów łączonych, o ile w obliczeniach projektowych nie uwzględniono odrębnie innych odpowiednich wartości;
● połączenia nierozłączne elementów obciążonych działaniem ciśnienia i elementów bezpośrednio do niego przymocowanych powinny być wykonywane przez odpowiednio wykwalifikowany personel, w sposób określony w instrukcjach technologicznych;
● w przypadku urządzeń ciśnieniowych zaliczonych do kategorii II i wyższej instrukcje technologiczne oraz uprawnienia personelu do wykonywania połączeń zatwierdza jednostka notyfikowana;
● w przypadku urządzeń zaliczanych do kategorii III i IV, badania nieniszczące połączeń nierozłącznych powinny być przeprowadzane przez personel uprawniony przez uznaną organizację strony trzeciej.

Definicja połączeń nierozłącznych podana w dyrektywie obejmuje takie połączenia, jak: lutowane twardo, lutospawane, skurczowe/wtłaczane, klejone, zgrzewane, nitowane.

Ograniczenia dotyczące połączeń
Norma PN-EN 378-2 wprowadza ograniczenia dla stosowania następujących typów połączeń nierozłącznych i rozłącznych w instalacjach ziębniczych i pompach ciepła:
● połączenia zatrzaskowe i wciskowe stosuje się jedynie do łączenia części dzielonych instalacji samodzielnych;
● połączenia rozłączne powinny być stosowane jedynie tam, gdzie połączenia nierozłączne są ze względów technicznych nieodpowiednie;
● połączenia kołnierzowe powinny być tak rozmieszczone i wykonane, aby odkształcenia rurociągu przy rozmontowaniu były minimalne, oraz aby podczas działania instalacji nie powstawały w śrubach nadmierne naprężenia termiczne;
● połączenia skręcane roztłaczane (kielichowe), w przypadku rur miedzianych, wymagają stosowania odpowiednich narzędzi (klucza dynamometrycznego i maszynowego), w celu wywarcia określonego momentu dokręcenia, a końcówki rur powinny być ucięte pod kątem prostym do ich osi i pozbawione zadziorów. Szczegółowe wymagania co do wykonywania połączeń kielichowych podaje norma PN-EN 378-2;
● stożkowe gwinty rurowe stosowane w obrębie instalacji ziębniczej powinny się ograniczać do średnicy maksimum DN 40 i być stosowane jedynie do łączenia urządzeń kontrolnych, zabezpieczających i przyrządów wskazujących, z częściami instalacji;
● złączki gwintowane dociskowe, stosowane w obrębie instalacji ziębniczej, powinny się ograniczać do średnicy maksimum DN 32;
● do wykonania połączeń nierozłącznych powinno się stosować spawanie lub lutowanie lutem twardym, metodami dopuszczonymi normą PN-EN 14276-1;
● złącza takie jak zaciskowe lub lutowane lutem miękkim, należy stosować jedynie jako złącza niewpływające na wytrzymałość zbiornika na ciśnienie.
Wszystkie połączenia i osprzęt rurociągów w obiegu ziębniczym powinny spełniać wymagania PN-EN 14276-2.
Zaleca się łączenie rur miedzianych za pomocą fabrycznie wykonanych łączników z miedzi i stopów miedzi. Wymagania dla podstawowych typów łączników (do lutowania kapilarnego, do łączenia zaciskowego oraz do łączenia miedzi z innymi materiałami) są wymienione w czterech częściach normy EN 1254. W normie są podane maksymalne ciśnienia i temperatury pracy instalacji w zależności od zastosowanych typów łączników.

Połączenia nierozłączne – lutowanie twarde
Złącza wykonane metodą lutowania twardego uważa się za złącza stałe. Najczęściej stosowanym rodzajem, w przypadku lutowania twardego, jest złącze zakładkowe, aczkolwiek dopuszczalne są również inne rodzaje. Zaleca się, aby w konstrukcji złącza brać pod uwagę łączone materiały, współczynniki rozszerzalności tych materiałów, rozszerzalność elementów wewnętrznych i zewnętrznych itd., tak aby wielkość szczeliny była zgodna z dobrą praktyką lutowania twardego i zapewniała bezpieczne połączenie.
Lutowanie twarde, jako zalecana technika w połączeniach nierozłącznych, przebiega z zastosowaniem twardych lutów wg PN-EN 1044 oraz w razie konieczności topników wg PN-EN 1045. Zalecane jest stosowanie lutu typu LCuP6 – fosforowy na bazie miedzi oraz typu LAg2P –fosforowy z 2% domieszką srebra. Należy ściśle przestrzegać zaleceń znanych producentów lutów co do ich przeznaczenia i zakresu stosowania.
Lutowanie twarde powinno odbywać się w osłonie gazu obojętnego, przepuszczanego przez łączone rury w celu uniknięcia tworzenia się zgorzeliny na wewnętrznej powierzchni rur miedzianych. Gazami ochronnymi są azot lub gazy szlachetne. Lutowanie twarde nie nadaje się do łączenia rurek z aluminiowymi wkładkami, gdyż ich temperatura topnienia jest niższa niż temperatura lutowania.
Czynniki ziębnicze nowej generacji pozwalają na osiągnięcie wyższej temperatury i ciśnienia roboczego niż wcześniej stosowane. Przy stosowaniu złączek do kapilarnego lutowania twardego lub zaciskowych, należy każdorazowo sprawdzić zakresy zastosowania, w szczególności maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze.

Parametry (zmienne) złączy lutowanych
(...)

Przygotowanie połączeń rurowych
(...)

Poprawne wykonanie złączy lutowanych
(...)

Podsumowanie
Wszystkie połączenia rurociągów i osprzętu w instalacjach ziębniczych powinny być tak zaprojektowane i wykonane, aby pozostawały szczelne i wytrzymywały ciśnienie, jakie może wystąpić podczas działania obiegu, jego postoju i transportu, z uwzględnieniem przewidywanych naprężeń termicznych, fizycznych i chemicznych. Zaleca się łączenie rur miedzianych przy użyciu fabrycznie wykonanych łączników z miedzi i stopów miedzi.

Podstawową metodą łączenia rur miedzianych jest lutowanie kapilarne. W instalacjach ziębniczych należy stosować lutowanie twarde lutem zgodnym z PN-EN 1044 i topnikami zgodnymi z PN-EN 1045. Powinno się dokładnie zbadać zgodność z czynnikiem ziębniczym wszystkich materiałów wykorzystywanych w operacji lutowania twardego, w tym także lutu i topnika. Lutowanie twarde powinno być wykonywane wyłącznie przez osoby kompetentne w tej dziedzinie. Podczas wykonywania połączeń głównych instalacji (np. po stronie wysokiego ciśnienia), które mają wpływ na wytrzymałość i bezpieczeństwo zespołu, należy wprowadzić i zachowywać odpowiednie procedury identyfikacji materiału od momentu jego otrzymania, przez proces łączenia aż do prób końcowych instalacji. Technologia wykonywania połączeń stałych powinna być uznana przez uprawnioną instytucję, organizację, a stosujący ją powinien mieć określone kwalifikacje.

Dopuszcza się stosowanie innego typu połączeń stałych, np. połączeń uzyskiwanych przez odkształcenie, jednak wytwórca instalacji powinien mieć udokumentowany system jakości, aby udowodnić, że proces jest właściwie stosowany, przystosowany i utrzymywany, dzięki czemu uzyskuje się wymagane właściwości złącza. Proces wykonywania takiego złącza (roztłaczanego, zaciskowego,...) należy przeprowadzić i zatwierdzić zgodnie z normą PN-EN 14276-1.

PRZYWOŁANE NORMY
● PN-EN 378-2+A1:2009 Instalacje ziębnicze i pompy ciepła – Wymagania bezpieczeństwa i ochrony środowiska – Część 2: Projektowanie, budowanie, sprawdzanie, znakowanie i dokumentowanie.
● PN-EN 1044:2002 Lutowanie twarde – Spoiwa.
● PN-EN 1045:2001 Lutowanie twarde – Topniki do lutowania twardego – Klasyfikacja i techniczne warunki dostawy.
● PN-EN 1254-1:2004 Miedź i stopy miedzi – Łączniki instalacyjne – Część 1: Łączniki do rur miedzianych z końcówkami do kapilarnego lutowania miękkiego lub twardego.
● PN-EN 1254-2:2004 Miedź i stopy miedzi – Łączniki instalacyjne – Część 2: Łączniki do rur miedzianych z końcówkami zaciskowymi.
● PN-EN 1254-4:2004 Miedź i stopy miedzi – Łączniki instalacyjne – Część 4: Łączniki z końcówkami innymi niż do połączeń kapilarnych lub zaciskowych.
● PN-EN 1254-5:2004Miedź i stopy miedzi – Łączniki instalacyjne – Część 5: Łączniki do rur miedzianych z krótkimi końcówkami do kapilarnego lutowania twardego.
● PN-EN 14276-1:2007 Urządzenia ciśnieniowe w instalacjach ziębniczych i pompach ciepła – Część 1: Zbiorniki – Wymagania ogólne.
● PN-EN 14276-2:2009 Urządzenia ciśnieniowe w instalacjach ziębniczych i pompach ciepła – Część 2: Przewody – Wymagania ogólne.
● PN-EN 14324:2008 Lutowanie twarde – Wytyczne dotyczące złączy lutowanych twardo.

LITERATURA
[1] KRUŻEL W.: Instalacje miedziane – tajemnica dobrych połączeń. Polski Instalator 9/2002.
[2] MIRSKI Zb., GRANAT K., PRASAŁEK A.: Lutowanie twarde miedzi ze stalą chromowo-niklową w instalacjach chłodniczych. Polski instalator 9/2007.
[3] NOWACKI J., CHUDZIŃSKI M., ZMITROWICZ P.: Lutowanie w budowie maszyn. WNT, 2007.
[4] WIKTORCZYK M.: Dobór i obróbka rur miedzianych. Chłodnictwo & Klimatyzacja 6/2008.