Lutowanie twarde jest najczęściej stosowaną metodą łączenia miedzianych instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych. Metoda ta ma niewątpliwe zalety, z których najistotniejszą jest szczelność połączenia. W niniejszym artykule omówiono wykonywanie połączeń lutowanych w branży chłodniczej i klimatyzacyjnej. 

Instalacje chłodnicze i klimatyzacyjne łączy się poprzez spawanie lub lutowanie twarde. Lutowanie twarde jest częściej zalecane i stosowane. Umożliwia ono przenoszenie znacznych obciążeń, a prawidłowo wykonane, zapewnia szczelność w miejscu łączenia.

Ze względu na stosowane w chłodnictwie substancje wykonywane połączenia powinny być szczelne [2]. W instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych nie zaleca się stosowania połączeń zaprasowywanych.

Lutowanie twarde

Lutowanie twarde, odbywa się w temperaturze wyższej od 450°C i polega na wprowadzaniu w szczelinę pomiędzy powierzchniami części łączonych roztopionego lutu, który pokrywa te powierzchnie, łączy się z elementami i ulega zakrzepnięciu. Materiał łączonych elementów nie ulega w tym przypadku stopieniu i nadtopieniu. Temperatura topnienia lutów jest niższa od temperatury topnienia łączonych elementów – powinna być niższa od temperatury topnienia materiału przynajmniej o około 150°C (przykładowa temperatura topnienia 650 ÷ 810°C).

Lutowanie twarde, ze względu na niższą temperaturę topnienia aluminium niż lutu, nie nadaje się do lutowania wymienników o aluminiowych lamelach.

Do połączenia dochodzi w wyniku oddziaływania sił kohezji, czyli przyciągania się cząsteczek lutu i materiału części łączonych oraz dyfuzji – wnikania cząsteczek lutu w materiał części łączonych. Miejsce złączenia nazywamy lutowiną, natomiast stopiony lut – lutowiem. Wytrzymałość lutowiny jest zbliżona do wytrzymałości materiałów części łączonych.

Rury i elementy wykonane z miedzi przeznaczone dla chłodnictwa i klimatyzacji

Miedź jest materiałem o dobrych własnościach fizycznych, np. jest odporna na korozję, wysokie i niskie temperatury, uniemożliwia dyfuzję gazów, stąd też elementy z miedzi mają szerokie zastosowanie w technice, również w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Miedzi nie stosuje się w instalacjach chłodniczych zawierających R717, gdyż amoniak oddziałuje silnie korozyjnie na miedź i jej stopy. Jednak miedź może współpracować z prawie wszystkimi czynnikami chłodniczymi, takimi jak: HCFC (np. wycofany R22), HFC (np. R134a, R404A, R407A), HC (np. R290 – propan, R600 – butan), R744 – CO₂.

Złączki i rury miedziane do instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych powinny spełniać wymagania odpowiednich norm (PN-EN 12735-1:2016-08 – wersja angielska. Miedź i stopy miedzi. Rury miedziane okrągłe bez szwu stosowane w instalacjach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Część 1: Rury do instalacji rurowych), powinny być wolne od wad, wykonane z miedzi beztlenowej, fosforowej (o zaw. min. 99,9% Cu+Ag, maks. 0,04% P). W chłodnictwie i klimatyzacji powszechnie stosowane są elementy i rury wykonane z miedzi Cu-DHP odtlenionej fosforem. Rury mogą być wykonane jako twarde lub miękkie. Rury miedziane twarde produkowane są w sztangach, natomiast miękkie w zwojach. Wymiary średnic rur zawierają się w następujących granicach: 3/16” ÷ 7/8” dla rur miękkich oraz 3/8” ÷ 4 1/8” dla rur twardych. Grubość ścianki rury może wynosić 1 ÷ 2,5 mm. Rury powinny posiadać trwałe oznaczenia. Oznaczenia na rurach miedzianych składają się z szeregu symboli: nazwa rury i producenta, norma, gatunek miedzi, stan twardości (R290 – twardy, R250 – półtwardy, R220 – miękki), wymiar rury (średnica zewnętrzna i grubość ścianki, cale, mm), identyfi kator czasu produkcji (miesiąc/rok), kraj pochodzenia, znak CE. Końce rur powinny być zaślepione podczas transportu i składowania, a zaślepki powinny być zdejmowane dopiero przed wykonaniem połączenia. Powierzchnie rur powinny być czyste i gładkie. Rury miedziane mogą być wyposażone przez producenta w izolację termiczną. Izolację termiczną instalacji można wykonać również po zakończeniu prac instalatorskich.

FRIGOTEC – rura miedziana w odcinkach, twarda

Rura miedziana miękka – zwój

Do instalacji, w których stosowane są wysokie ciśnienia np. z CO₂, konieczne jest zastosowanie materiałów odpornych na wysokie ciśnienia robocze, np. stosuje się rury i kształtki CuFe₂P [3], które również podlegają lutowaniu twardemu.

Instalacje wykonane z rur miedzianych łączy się połączeniami kielichowymi lub kołnierzowymi. Wybór połączenia zależy od panującego w instalacji ciśnienia oraz średnicy rury. Za graniczną średnicę rury przeznaczonej do wykonania połączenia kielichowego przyjmuje się 19,52 mm [4].

Rury miedziane są materiałem plastycznym. Łatwo poddają się cięciu, kielichowaniu, gięciu i lutowaniu.

Rura chłodnicza calowa

 Rura chłodnicza metryczna

FRIGOTEC DualPlus – rura miedziana w otulinie

Przygotowanie elementów do lutowania i sprzęt niezbędny do wykonywania połączeń

Łączone ze sobą elementy muszą być wcześniej odpowiednio przygotowane i dopasowane. Miejsca lutowania należy dokładnie oczyścić z opiłków. Zarówno powierzchnię wewnętrzną, jak też zewnętrzną rury lub kształtki, należy oczyścić papierem ściernym (włóknina ścierna). Do lutowania elementów miedzianych należy wybrać odpowiednie spoiwo, najczęściej lut miedziowo – fosforowy, który nie wymaga użycia topnika.

Podczas wykonywania instalacji należy zadbać o zachowanie szczelności połączeń, a sama instalacja powinna być sucha i czysta.

Lutowanie twarde wymaga doświadczenia i zastosowania przez wykonawcę odpowiedniego sprzętu. Poza samym lutowaniem, jak już wspomniano powyżej, istotne jest dobre przygotowanie łączonych elementów i ich odpowiednie dopasowanie.

Narzędzia do przygotowania elementów i wykonywania połączeń to m. in.: obcinaki krążkowe, gratowniki obrotowy i piramidalny, giętarki (kuszowa do rur miękkich, ręczna do rur twardych), ekspander, rozwalcarka, szczypce montażowe, palnik, zgrzewarka elektryczna.

Palnik fot. METALKO

Cięcie rur wykonuje się obcinakami krążkowymi, zapewniającymi prostopadłość krawędzi. Dzięki takiemu cięciu rur zmniejsza się ryzyko powstawania wiórów oraz brak jest zniekształceń końców rur. Niestety, podczas cięcia powstaje grat – zawalcowanie części rury do środka. Usuwa się go gratownikiem obrotowym lub ekspanderem kielichownicą. Gięcie rury można wykonać za pomocą giętarki lub profi l gięcia można wykonać ręcznie w oparciu o jakąś krawędź, jednak czynność wykonywana ręcznie wymaga wprawy instalatora. Kolejnym etapem przygotowania połączenia jest kielichowanie. Do rozwalcowania stożkowego kielicha stosuje się rozwalcarki. Przykładowy zestaw do lutowania twardego, tzw. lutospawania, składa się z palnika z rękojeścią i wylotami, węży, butli tlenowej, butli propanowej, reduktora tlenu z manometrami oraz stelaża, na którym umieszcza się butle. Do lutowania twardego można również używać lamp lutowniczych z jednorazowymi pojemnikami na gaz propan – butan lub lutownic elektrycznych o dużej mocy.

Wykonywanie połączeń

(...)

Luty i topniki

(...)

Błędy podczas lutowania twardego

(...)

Wymagania dla osób wykonujących lutowanie twarde 

(...)

Podsumowanie

Wykonywanie instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych opiera się przede wszystkim na połączeniach wykonanych lutowaniem twardym. Lutowania twardego nie stosuje się w miejscach, w których jest to wskazane ze względów technologicznych.

Podczas lutowania (lub spawania) ważne jest, aby nie dochodziło do utleniania się wewnętrznych powierzchni instalacji, gdyż powstałe tlenki mogą być przyczyną późniejszych zakłóceń pracy instalacji, dlatego też czynności te wykonuje się w osłonie gazu obojętnego najczęściej azotu beztlenowego.

Moc palnika lub zgrzewarki powinna umożliwiać możliwie krótki czas osiągania temperatury lutowania.

Jeżeli podczas lutowania stosowany był topnik, to po zakończeniu lutowania należy go usunąć.

mgr inż. Krzysztof KAISER
– specjalista w zakresie eksploatacji
szpitalnych instalacji technologicznych,
w tym instalacji wentylacji i klimatyzacji

LITERATURA:

[1] FODEMSKI R. T. i inni: Domowe i handlowe urządzenia chłodnicze. Poradnik. Wydanie piąte. Wyd. Naukowo – Techniczne. Warszawa 2000.

[2] WIKTORCZYK M.: Dobór i obróbka rur miedzianych. Ch&K 8/2008. str. 26 – 29.

[3] ZAKRZEWSKI K.: Złączka z paragrafem. Instalacje miedziane, techniki łączenia oraz wymagane uprawnienia. Magazyn instalatora 2(186) 2014. www.instalator.pl

[4] ZALEWSKI M.: Systemy VRF – budowanie systemów. Łączenie rurociągów. Ch&K 6/2012. str. 36 – 39.

[5] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 27 kwietnia 2000 r. (Dz.U. nr 40, poz. 470) w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych.