Lutowanie w urządzeniach i instalacjach chłodniczych - podstawy
Lutowanie jest jedną z umiejętności niezbędnych dla każdego specjalisty zajmującego się instalacją lub serwisem klimatyzacji czy pomp ciepła - ogólnie rzecz biorąc agregatów chłodniczych, wykorzystujących czynniki chłodnicze.
✅ Specyfika czynników chłodniczych czy podobnych mediów nie zostawia wyboru, łączenie elementów za pomocą lutu jest tu niezbędne. Jednakże - co tak naprawdę oznacza ten proces, dlaczego lutowanie jest nieodzowne, jakie rodzaje lutów są dostępne? Dalej jakie materiały należy wybrać i na co szczególnie należy zwrócić uwagę przy ich selekcji?
W tym wpisie postaramy się odpowiedzieć pokrótce na te i inne pytania, omawiając istotę lutowania i poboczne (aczkolwiek ważne) kwestie związane. Jest to artykuł wyjaśniający laikom lub pasjonatom, którzy chcą np. przerobić klimatyzator na pompę ciepła lub sami dokonywać podobnych przeróbek.
Poszczególne elementy układów zawsze muszą być odpowiednio połączone - zgodnie ze sztuką, odpowiednią dla mediów jakie są używane w danym układzie. Inaczej łączy się elementy typu rurki w systemach woda-woda, a inaczej w układach z innymi mediami (choćby na poziomie doboru materiałów - złączek użytych do łączenia rur, gwintów itp). Jest to oczywiste, że jeszcze innego sposobu łączenia rur np. z elementami pompy ciepła (typu skraplacz itp). - wymagają media gazowe - tj. czynniki chłodnicze.
✅ I tu używamy lutowania - jest to sposób łączenia poszczególnych części układów klimatyzacji, pomp ciepła oraz podobnych urządzeń - typu agregaty chłodnicze.
Tak naprawdę samo lutowanie to zjawisko - proces fizyczny. ☑️ Lutowanie polega na dyfuzji, czyli samorzutnym rozprzestrzenianiu się cząstek lutu, wnikaniu ich w strukturę lutowanych materiałów. Powstaje w ten sposób solidnie zakotwiczone w obu lutowanych częściach spoiwo, czyli lut, twarde spoiwo.
Z perspektywy laika spawanie i lutowanie jest podobne, przynajmniej efekt - łączymy w sposób trwały 2 elementy. Z punktu widzenia fizyki są spore różnice - w spawaniu mianowicie dochodzi do częściowego stopienia materiału pierwotnego, do którego przyłączamy jakiś element. Dzięki temu dochodzi do trwałego połączenia, spoiwem jest więc sam materiał pierwotny.
W przypadku lutu - spoiwem jest lut, tylko on jest tu topiony, a struktura materiału pierwotnego nie ulega zmianie. Dlatego w urządzeniach klimatyzacji, pomp ciepła, wymiennikach ciepła do czynników chłodniczych - nie ma mowy o spawaniu, tylko o lutowaniu.
✅Spawanie i lutowanie to nie to samo, są to inne procesy fizyczny, choć z perspektywy laika prowadzi do tych samych rezultatów.
Dostępne
Dostępne
Oczywiście są różne rodzaje lutowania - najczęściej spotykamy się z lutowaniem twardym oraz miękkim. Różnica polega na temperaturze topienia lutu, bo naturalnie do topienia lutu doprowadza się stosując wysoką temperaturę.
✅ Lutowanie twarde to to, które nas interesuje w kontekście naszego artykułu - ponieważ zwykle to ten rodzaj lutowania stosuje się w układach klimatyzacji, agregatów chłodniczych i w pompach ciepła. Jest to proces, który wymaga temperatury wyższej niż 450 °C. Natomiast lutowanie miękkie (lub ,,na miękko) - to proces, który odbywa się w niższych temperaturach niż wspomniane 450 stopni C. Jest on dla nas mniej interesujący, bo raczej rzadziej stosowany w chłodnictwie.
W wielu językach obcych lutowanie twarde i miękkie - jest określane wręcz terminem. Np. w języku angielskim lutowanie miękkie do 450°C to soldering - gdy lutowanie twarde to brazing. To wskazuje na to, że jest to proces jednak technicznie zupełnie inny - a rodzaje połączeń powstałych w ten sposób są zdecydowanie różne. W praktyce lut twardy jest dużo bardziej trwały i często stosowany po prostu w innych dziedzinach czy branżach. W kontekście połączeń czynników chłodniczych lutuje się na twardo, ale np. w elektronice - już lutuje się raczej na miękko.
Oprócz tego możemy się spotkać także z pojęciem lutowania wysokotemperaturowego - niektóre osoby mylą je z lutowaniem twardym. Jednak to nie do końca to samo, bo jest to proces nakładania lutu w jeszcze wyższej temperaturze - bo powyżej 1000°C.
☑️Lutowanie twarde oraz lutowanie wysokotemperaturowe to nie to samo - "twarde" lutuje w temperaturach > 450°C - podczas gdy "wysokotemperaturowe" w znacznie wyższych, > 1000°C.
Kapilarność do słowo charakterystyczne dla procesu lutowania.
✅ Kapilarność to po po prostu zdolność ciekłego lutu do wnikania w szczelinę lutowniczą. Odbywa się to wbrew grawitacji. Jako szczelinę lutowniczą mamy na myśli szczelinę między elementami w temperaturze lutowania. Im ta szczelina jest mniejsza - tym łatwiej będzie nam wypełnić szczeliny lutem.
☑️ W kontekście szczeliny lutowniczej - konkretnie jej wielkości oraz towarzyszącej temu kapilarności - bardzo ważne jest zadbanie o to aby szczelina lutownicza, czyli faktycznie przestrzeń pomiędzy różnymi lutowanymi elementami - była odpowiednio mała. Wówczas kapilarność zrobi swoje i pomoże nam w skutecznym związaniu ze sobą elementów. Trzeba o tym pamiętać na etapie planowania prac, aby poszczególne elementy takie jak rurki - były ze sobą względnie kompatybilne rozmiarowo.
Najważniejsza jest tu raczej zdolność praktycznego nałożenia lutu, być może epatowanie terminami wyda się dla laika odstraszające. Są to jednak absolutne podstawy, dzięki którym będziesz rozumiał lepiej te zjawiska, z którymi zetkniesz się na etapie praktycznym.
Lut posiada pewną zdolność do w miarę równomiernego rozkładania się na powierzchni lutowanego materiału, tworząc w sposób cienką, regularną warstwę, bez zgrubień i swojego rodzaju ,,zakrzepów".
✅ Zdolność do takiego równomiernego rozkładania się znacząco ułatwia pracę - nazywa się ona zwilżalnością lutu. Aby ją osiągnąć na odpowiednim poziomie - należy dobrze dobrać materiały używane do lutu, ewentualnie poprawić je dodając tzw. topnika - ale także zadbać o podstawowe przygotowanie materiału lutowanego (ma być czysty).
W układach klimatyzacji lub pomp ciepła może wystąpić konieczność łączenia ze sobą różnych materiałów - lub takich samych materiałów np. miedzi z miedzią.
☑️ Lut należy dobierać pod kątem materiałów ze sobą łączonych, tak aby postępować według sprawdzonych wzorców i mieć możliwie ułatwione zadanie. Inny lut dobierzemy do łączenia miedzi z miedzią - a inny do łączenia stali z miedzią itp.
Do łączenia miedzi z miedzią wystarczy jeden z łatwiej dostępnych lutów - lut miedziano-fosforowy. Wystarczy on do łączenia np. rur miedzianych w klimatyzacjach itp. Zwykle jest on stosunkowo łatwy do nałożenia, dzięki dość dobrej zwilżalności i nie wymaga specjalnego przygotowania, np. dodawania topnika (substancji zwiększającej zwilżalność lutu).
Lut miedziano-fosforowy ma oczywiście pewne wady np. nie nadają się do lutowania żelaza z niklem - ale nie są to wady w naszym kontekście tematu.
Warto pamiętać - że istnieje możliwość poprawy jakości lutu fosforowo-miedzianego - poprzez dodanie lutu srebrnego (w minimalnym zakresie). Zwiększy to wytrzymałość oraz zwilżalność - pomagając nam w pracy.
Aby wykonać połączenie elementu miedzianego i mosiężnego musimy użyć już lutu z pewną zawartością srebra, która powinna wynosić około 40% (im wyższa tym łatwiej będzie nam go nałożyć, a lutowina będzie trwalsza). Ze względu na mosiądz - tutaj należało będzie użyć topnika.
Do połączeń miedzi z aluminium - lub elementów aluminiowych ze sobą - należy użyć lutu cynkowo-aluminiowego lub aluminiowo-cynkowego - oczywiście z topnikiem.
Kwestia lutowania stali nierdzewnej (z jakiej wykonane są wymienniki ciepła płytowe do klimatyzacji i pomp ciepła) oraz miedzi - wzbudza pewne nieścisłości, albowiem w internecie można znaleźć różne komentarze praktyków - którzy sami to już robili i stosowali różne metody. Najważniejsze by prowadziły do celu.
Jeśli montujesz wymiennik ciepła jako skraplacz i chcesz zlutować stalowe rurki z miedzią - zalecamy stosowanie lutów miedzianych z dużą zawartością srebra, nawet 45%, z użyciem topnika.
Prawidłowe połączenie wymiennika ciepła, który ma pracować z freonem ma oczywiście kluczowe znaczenie dla całości systemu, toteż nie warto oszczędzać na zawartości srebra w lutowaniu.
W zastosowaniu sporadycznym o ile nie jesteśmy profesjonalnymi instalatorami, którzy kupują sprzęt, który ma być w założeniu solidnie eksploatowany - raczej stosuje się proste i kompaktowe - elektryczne zgrzewarki. Stosują je także instalatorzy - którzy po prostu kupują sprzęt nieco droższy, bardziej wytrzymały. Jest to rozwiązanie kompaktowe i wygodne, do tego raczej bezpieczne - i to byśmy zalecali.
W zasadzie lutowanie należy do najstarszych znanych metod łączenia cieplnego. Już w starożytności lutowano w złotnictwie - używając właśnie złota, srebra. Znane są przykłady procesu podobnego do lutowania ze starożytnego Egiptu, choć z przyczyn technologicznych nie mógł przypominać dzisiejszego lutowania. W późniejszym okresie lutowano też przedmioty z brązu, miedzi, a następnie żelaza.
Rozpowszechnienie lutowania nastąpiło jednak dopiero w XX wieku, najbardziej podczas drugiej wojny światowe. Najszybciej rozwijało się w Wielkiej Brytanii, w Niemczech i w Stanach Zjednoczonych. Technika i jej waga w wyścigu technologicznym została jednak zauważona przez Związek Radziecki - gdzie odgórnie w uniwersytetach państwowych od lat 60-tych położono duży nacisk na szkolenie technologii lutowania, zresztą spawania także. Ten sam proces oczywiście miał miejsce w krajach komunistycznych satelickich - np. w Polsce czy w Czechosłowacji. Mało się o tym wspomina - ale miało na tyle duże znaczenie, że obie strony zimnej wojny rywalizowały w rozwoju technologii lutowania - która miała dać przewagi konkurencyjne, szczególnie w elektronice i produkcji podzespołów używanych w przemyśle.
_____________
_________
Agregat chłodniczy - to urządzenie używane do wytworzenia chłodu i utrzymania niskiej temperatury w obiegu chłodziwa / czynnika chłodniczego (posiada zwykle zamknięty obieg). Urządzenie nosi pewne podobieństwa do agregatów klimatyzacji.
Kapilarność lutu - zdolność lutu do wtłaczania się samoistnie w szczelinę lutowniczą, powiedzielibyśmy do ,,wklejania się" do nią w sposób równomierny i bezproblemowy. Jeśli dany lut ma dobrą kapilarność - będzie łatwy w nakładaniu i wypełni szczelinę lutowniczą równomiernie, nawet wbrew grawitacji.
Lut cynkowo-aluminiowy - stosowany do łączenia aluminium z aluminium lub miedzi z aluminium. Ma niski stopień topnienia - dlatego nadaje się do tych właśnie materiałów nie deformując ich wysoką temperaturą.
Lut miedziano-fosforowy - używany do łączenia miedzianych elementów, używany także w elektryce. Stosunkowo mało wymagający, łatwy w ułożeniu, często nie wymaga nawet dodania topnika.
Lutowanie - proces prowadzący do łączenia 2 materiałów poprzez topienie lutu, w tym wypadku - bez topienia samego materiału (w odróżnieniu od spawania).
Lutowanie miękkie (lutowanie na miękko) - proces nakładania lutu, który odbywa się w stosunkowo niskich temperaturach topienia lutu (tj. poniżej 450 °C).
Lutowanie twarde (lutowanie na twardo) - proces nakładania lutu, w którym używa się temperatur topienia powyżej 450 °C). Powstały w ten sposób lut ma oczywiście inne właściwości niż przy lutowaniu miękkim.
Lutowanie wysokotemperaturowe - proces nakładania lutu, wymagający temperatur powyżej 1000.°C
Spawanie - proces fizyczny, prowadzący do łączenia materiałów poprzez topienie spoiwa łączącego. Częściowo prowadzi także do nadtopienia materiału pierwotnego (w przeciwieństwie do lutowania).
Szczelina lutownicza - szczelina, pusta przestrzeń pomiędzy materiałami - które planujemy zlutować. Im ona mniejsza - tym łatwiej będzie nam przeprowadzić cały proces lutowania.
Topnik - substancja chemiczna, której celem jest jest poprawienie zwilżalności lutu oraz ochrona powierzchni metalowych przed utlenianiem podczas procesu lutowania. Generalnie ułatwia życie, często bez jego dodania nie uda nam się skutecznie połączyć materiałów lutem.
Wymiennik ciepła - urządzenie do przekazywania ciepła z jednego medium na drugie, w chłodnictwie, w klimatyzacjach, w pompach ciepła - ma przenosić ciepło (lub chłód) na wodę lub powietrze. Oprócz tego urządzenie występuje w wielu formach, szeroko rozpowszechnione w przemyśle.
Wymiennik ciepła płytowy freonowy - typ wymiennika, używanego często jako skraplacz lub parownik w pompach ciepła, klimatyzacjach itp. Często używany w wykonywaniu przeróbek klimatyzatorów na pompy ciepła. Jego podłączenie oczywiście wymaga zlutowania jego przyłączy.
Zwilżalność lutu - to jego zdolność do rozprzestrzeniania się i przylegania do powierzchni materiału lutowane. Jeśli jest ona niewysoka - będziemy mieli problem ze sprawnym zlutowaniem. Możemy na nią wpływać, oczyszczając powierzchnię lub dodając tzw. topnik. Ważne jest także odpowiednie dobranie rodzaju lutu do materiałów lutowanych.
_____________
aktualizacja: maj 2024
Ciekłe czynniki cieplne - czyli woda czy glikol? A może coś innego? Czym zalać instalację?
Jaki wymiennik płytowy do pompy ciepła?
Zamarzanie pompy ciepła - przyczyny, skutki
Jak działa pompa ciepła powietrze?
Wymiennik freonowy - charakterystyka, zasady działania, budowa
Wymiennik płytowy do klimatyzacji - co warto wiedzieć?
Zostaw komentarz