Pompa ciepła, klimatyzacja, chłodnictwo - lutowanie wymienników ciepła, rur itp.

Lutowanie w urządzeniach 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 tych 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.

Lutowanie w chłodnictwie i ogrzewaniu

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.

Proces lutowania od strony fizycznej

Tak naprawdę samo lutowanie to zjawisko - proces fizyczny. 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.

Różnica między spawaniem a lutowaniem

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.

Lutowanie twarde i lutowanie miękkie

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.

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.

Kapilarność - podstawowa właściwość ciekłego lutu stanowiąca o jego użyteczności

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.

Zwilżalność lutu - co to takiego i jakie ma znaczenie w praktyce?

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.

Jak rodzaj lutu do klimatyzacji lub pompy ciepła?

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.

Jaki lut do połączenia miedzi z miedzią?

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.

Jaki lut do połączenia miedzi i mosiądzu?

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.

Jaki lut do połączenia miedzi z aluminium - lub aluminium z aluminium?

Do połączeń miedzi z aluminium - lub elementów aluminiowych ze sobą - należy użyć lutu cynkowo-aluminiowego lub aluminiowo-cynkowego - oczywiście z topnikiem.

Jaki lut do wymiennika ciepła do miedzi?

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.

Podstawowy sprzęt do lutowania połączeń klimy

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.

_____________

Jeśli szukasz wymiennika ciepła do czynników chłodniczych z podejściem przygotowanym do lutowania - które sprawdzą się w klimatyzacji lub pompie ciepła - sprawdź serię Nordic Tec Ba-26-F.