Hořáky pro pájení měděných a svařování ocelových trubek

Autor podrobně rozebírá používání hořáků pro pájení měděných trubek a svařování ocelových trubek.
Popisuje používání různých druhů plamenů v návaznosti na tvrdé i měkké pájení, včetně vyobrazení různých druhů příslušenství, rozlišení hořáků podle jejich připojení a poukazuje i na dodávky kartuší, plynových lahví a dalšího příslušenství, potřebného při pájení a svařování. Upozorňuje i na nutnost správné údržby, přičemž klade důraz na bezpečnost a ochranu zdraví při práci, které musí být prvořadou povinností pracovníků.
Článek je tak velmi přehlednou, užitečnou a potřebnou pomůckou pro praxi

Recenzent: Vladimír Pavlíček

Pájení a svařování patří do skupiny nerozebíratelných spojů. Výhodami pájených spojů jsou vysoká pevnost, plynotěsnost, rychlost, možnost práce i při nepříznivých povětrnostních podmínkách, v případě nouze možnost nového ohřátí a pootočení. To jsou důležité důvody používání tohoto způsobu spojování trubek a tvarových kusů. Při vytváření spojů je třeba volit takový hořák, aby obstál v hodnocení následujících hledisek: spolehlivost spoje, nízká cena spoje, rychlost provedení, vzhled spoje. Použití správného hořáku je předpokladem pro splnění všech výše uvedených požadavků. K provedení kvalitního spoje musí být vždy použit hořák s dostatečným výkonem, jinak by vznikl studený spoj.

V oblasti hořáků nepoužívají firmy stejné termíny. Některé firmy používají pro stejný díl název hořák a jiné nástavec. V tomto článku se budeme setkávat s názvy výrobků následovně: rukojeť – část, která se drží v ruce (někteří výrobci používají také termín držák); nástavec – díl, který se nasazuje na rukojeť (držák) nebo na kartuši s plynem; hořák – společná sestava rukojeti a nástavce.

Hořáky pro pájení

Slouží k rychlému ohřátí místa určeného k vytvoření spoje. Dělí se na dva základní typy: s nasáváním vzduchu k příváděnému plynu a se současným přívodem stlačeného vzduchu nebo kyslíku s hořlavým plynem. Oba typy se běžně používají. Před pájením je třeba vybrat správný hořák, aby spoj vyhovoval požadavkům provozního tlaku a teploty dopravované látky. Velikost přetlaku protékající látky závisí na její teplotě a na průměru trubky, viz tab. 1. Údaje v tabulce platí pro měkké i tvrdé pájení.

Většina kvalitních hořáků má tyto vlastnosti – plamen je stejný v jakékoliv poloze hořáku (obr. 1), hořák má vysokou odolnost proti poškození a aretaci spouště pro trvalé hoření. Materiálem hořáků je kvalitní ocel s niklovaným povrchem. Tyto hořáky mají dlouhou životnost a jsou dalším předpokladem vytvoření kvalitního spoje na potrubí.

Hořáky pro pájení mohou vytvářet různý plamen – neutrální (běžný), tužkový a vířivý (turbo) – obr. 2a, b, c.

Na většině hořáků je možno nastavit dva nebo i všechny tři plameny. Běžný plamen se používá pro pájení měděných trubek určených k rozvodům studené a teplé vody. Je méně intenzivní a měkčí než další dva druhy, používá se k měkkému i k tvrdému pájení. Tužkový tvar plamene je vhodný k běžnému pájení trubek malých průměrů, nepoužívá se na tvrdé pájení. Turbo plamen vytváří vír, který směšuje primární (ostrý) plamen se sekundárním (závojem). Tím se vytvoří menší, sevřený plamen, který lépe využije teplo přiváděné hořákem a vytvoří se vyšší teplota. Plamen má rotační pohyb a chrání se tím prostor pod pájeným místem. Používá se k měkkému pájení trubek větších průměrů a k tvrdému pájení trubek. Pro tento plamen se používají hořáky s většími průměry nástavců.

Před pájením je třeba vybrat vhodný hořák a nastavit plamen tak, aby k vlastnímu pájení došlo do 5 až 8 sekund od zapálení plamene a k nahřátí trubky. Při pájení větších průměrů trubek nebo u pájení natvrdo je tento čas delší. Nezáleží přitom, zda se plamen zapaluje ručně (mechanicky) nebo piezoelektricky. Správně nastaveným hořákem lze zvýšit produktivitu práce, nesmí to však být na úkor kvality spoje.

Velikost teploty plamene ovlivňují zejména druh použitého plynu a způsob spalování – se vzduchem nebo s kyslíkem. Nejvyšší teplota plamene je přibližně 3 mm za ostrou špičkou plamene. Teploty, kterých se dosahuje, ukazuje tab. 2.

U hořáků, určených ke spalování plynů s kyslíkem, lze dosáhnout teploty i přes 3000 °C, což je dostatečné i pro tvrdé pájení trubek větších průměrů. MAPP = metylacetylenpropadien – směs plynů metylu, acetylenu a propadienu. Je to tzv. vysokoteplotní plyn.

Vliv na pájení má také teplota okolí. Při teplotě okolo 0° C plyn butan nevytváří tlak, kdežto propan vytváří tlak 4 bary. Teplota varu propanu je –42 °C, butanu –0,6 °C. V zimním období na stavbách, když je nízká teplota okolního vzduchu, se nepoužívají hořáky spalující propan-butan. Pro pájení trubek větších průměrů se používají hořáky s větší teplotou plamene – viz tab. 3.

Hořáky pro měkké pájení

Pro pájení je důležitá potřebná teplota, kterou musí hořák dosáhnout. K měkkému pájení stačí hořák menšího tepelného výkonu s menší teplotou plamene. Teplota tavení cínové pájky, která se používá nejčastěji, je v rozmezí 230 až 240 °C podle přesného složení použité pájky.

Na jednu rukojeť je možno nasadit více volně vyměnitelných nástavců. Nástavce mají stejný průměr pro připojení k rukojeti, avšak odlišné délky i průměry. Obr. 3 znázorňuje 3 nástavce, které se nasazují na jeden typ rukojeti.

Každý nástavec má jiný tepelný výkon a podle toho může být použit pro pájení trubek různých průměrů. Nejmenší nástavec je vhodný pro instalace trubek nejmenších průměrů. Nástavec prostřední velikosti se používá k pájení trubek rozvodů studené a teplé vody a teplovodního vytápění, kromě podlahového. Největší nástavec může být použit ke stejným účelům, ale větších průměrů trubek. Vybrané technické údaje k nástavcům na obr. 3 uvádí tab. 4.

 

Nástavce na obr. 3 se nasazují do hořáku na obr. 4.

Někteří výrobci hořáků doporučují konkrétní velikosti nástavců podle průměru pájené trubky. Hodnoty, které uvádí výrobci nástavců v tabulkách, platí vždy pro konkrétní typ a za konkrétních podmínek – při spalování určitého druhu plynu se vzduchem (nebo s kyslíkem) a při určitém tlaku plynu. Hodnoty v tabulce 4 platí pro spalování propan-butanu se vzduchem při tlaku plynu 2 bary.

Hořáky pro tvrdé pájení

Tvrdé pájení vyžaduje větší teplotu a teplo dodávané hořákem než pájení měkké. K tomu se volí nástavce větších průměrů s možností spalovat vysoce výhřevné plyny (plyn MAPP má dvakrát větší výhřevnost než směs propan-butanu), aby doba nahřívání nebyla zbytečně dlouhá. Nesprávným nebo dlouhým nahříváním by mohlo dojít k žíhání měděné trubky. Pokud by došlo k přehřátí pájeného místa, přepálilo by se tavidlo a na pájených plochách by se vytvořily oxidy.

Předpokladem pro kvalitní tvrdé pájení je nejen dostatečně vysoká teplota plamene, ale také odpovídající tepelný výkon hořáku. Ten má přímý vliv na množství spalovaného plynu. Pro tvrdé pájení se používá mnoho různých nástavců, často mají označení turbo (obr. 5a).

Jako příklad pro tvrdé pájení jsou v tabulce 5 uvedeny nástavce TT turbo, které spalují propan nebo propan-butan při tlaku 1,5 až 2 bary viz tab. 5. Tyto nástavce lze použít k pájení naměkko i natvrdo, údaje o průměrech trubek pájených oběma způsoby ukazuje tabulka.

 

Výrobci doporučují používat nástavce jen pro předepsaný tlak plynu. Zvýšením tlaku plynu se zvýší spotřeba plynu a výkon hořáku. Změní se však tvar plamene a trubka se nemusí prohřát v potřebné délce. Pájený spoj pak nebude kvalitní a nemusí vydržet tlak protékající látky.

Hořáky pro pájení natvrdo se používají v případech, kdy se budou pájet měděné trubky určené k rozvodu plynovodu, podlahového vytápění, chladírenských, požárních a olejových rozvodů, potrubí od solárních panelů a klimatizace. Rovněž k pájení vodovodního potrubí o průměru větším než 28 mm se používají hořáky určené k pájení natvrdo. Měděné trubky, používané k instalaci teplovodního vytápění, se mohou pájet hořáky určenými k pájení naměkko i natvrdo – viz tab. 6.

Pro pájení měděných trubek natvrdo se volí některý z nástavců většího tepelného výkonu, nejčastěji turbo nebo půlkruhový. Tvarový půlkruhový nástavec (obr. 5b) „obejme“ trubku do poloviny jejího obvodu. Půlkruhové nástavce někteří výrobci i obchodníci vedou pod názvem pájecí kleště. Na uvedeném obrázku jsou kleště pro trubky o průměru 40 mm.

Některé nástavce, určené k tvrdému pájení, mohou být použity i na měkké pájení. Výrobci k tomu uvádí doporučené průměry pájených trubek, např. nástavec určený pro měkké pájení trubek do průměru 45 mm může být použit i na tvrdé pájení trubek do průměru 28 mm při použití pájky s obsahem stříbra 40 %.

Připojení hořáků ke zdroji tepla

Hořáky se připojují přímo ke kartuši nebo k plynové hadici, která vede k tlakové láhvi s plynem – obr. 6a, b.

Připojení hořáků na kartuš je vhodné zejména k provádění menšího množství spojů nebo pro pájení trubek menších průměrů. Pro pracovníka se jedná o větší fyzické zatížení, protože drží v ruce hořák i kartuš. Připojení hořáků na hadice napojené na tlakovou láhev s plynem se využívá zejména v případech pájení velkého množství spojů nebo u pájení velkých průměrů trubek, kdy je velká spotřeba plynu. Připojení se provádí závitem M 14 x 1. Hořáky moderní konstrukce mají tzv. antiflaring – při otočení hořáku s kartuší dnem nahoru, nemůže dojít k nekontrolovatelnému vtékání paliva do hořáku, a tím ke vzniku nebezpečně velkého plamene.

Kartuše pro hořáky mají různou hmotnost náplně a také různý vzájemný poměr složení plynů. Dříve byl běžný poměr 30 % propanu a 70 % butanu. Někteří výrobci kartuší upřednostňují poměr 40 % propanu a 60 % butanu. Má to výhodu v tom, že pájení je možné provádět i při teplotě okolního vzduchu až –15 °C. Kartuš na obr. 7 má hmotnost plynu 210 gramů, což stačí na 90 minut práce v případě, že průměry pájených trubek jsou 54 mm pro měkké pájení a 15 mm pro tvrdé pájení.

V poslední době výrobci dodávají na trh kartuše se směsí vysoce výhřevných plynů. Tyto kartuše se označují oxy turbo – obr. 8. Jejich výhodou je dosažení vysoké teploty, a tedy možnosti pájet natvrdo bez nutnosti vozit na stavbu tlakové láhve.

Vysoké kartuše nemají příliš dobrou stabilitu a je třeba dávat na ně zvýšený pozor proti pádu. Kartuše nízké a široké (obr. 6a) jsou stabilnější, ale v boxu na nářadí zabírají větší plochu. Tvar nebo velikost kartuše nemají vliv na použitý typ hořáku ani plamen. Hmotnost plynu v kartuších se pohybuje od 150 g do 350 g. Kartuše jsou nevratné a opakovaně se neplní. Prodávají se po jednotlivých kusech nebo také po kartonech s obsahem 12 kusů apod.

Hořáky velkých výkonů mají velkou spotřebu plynu. Jsou proto napojeny hadicemi na tlakovou láhev s plynem (obr. 9).

Nejmenší láhve používané pro pájení měděných trubek obsahují 1 kg plynu v kapalném stavu. Při práci na velkých trubních rozvodech používají instalatérské montážní firmy láhve i pro 15 kg plynu. Tlak v láhvi na propan-butan je až 10 bar, u acetylenu je to až 20 bar. Láhve jsou opatřeny lahvovým ventilem a z bezpečnostních důvodů musí procházet pravidelnou tlakovou kontrolou. Mohou ležet na zemi, ale jen za předpokladu, že jsou položeny pod úhlem nejméně 30 stupňů a jsou zajištěny proti pohybu.

Hadice dodávající plyn z lahví do hořáků se vyrábějí pro tlak do 20 barů, mají vnitřní průměr 6 mm a vnější 12 mm. Sériově vyráběné hadice se dodávají v délkách až 20 metrů. Připojení je levým závitem.

Na tlakových lahvích se za ventilem osazují regulátory tlaku plynu – obr. 10.

Pomocí regulátoru je možné různé nastavení tlaku plynu podle potřeby hořáku. Běžné regulátory umožňují buď pevné nastavení tlaku plynu na 2 bary (případně na 4 bary) nebo plynulou regulaci od 1,5 baru do 4 barů.

Pájecí sady a sety

Řada montážních firem používá sady pájecích nástavců (obr. 11), které jsou nabízeny s různým obsahem.

Většina sad s připojením hořáku na kartuš se dodává v kufříku. Ten obsahuje jednu nebo dvě kartuše s různým množstvím plynu, většinou jednu rukojeť a několik nástavců. Sady nástavců s připojením na láhev mají velmi podobné balení. V sadě může být také adaptér (obr. 11b), takže hořák lze připojit jak na hadici, tak i na kartuši. V nabídkách prodejců jsou nejrůznější sety, zahrnující různé hadice, regulátory tlaku, nástavce, redukce, adaptéry apod. – obr. 12.

Pájení mědi s jinými materiály

Občas se provádí také pájení mědi s mosazí. Mosaz je slitina mědi se zinkem s malým množstvím dalších prvků. K pájení se používají stejné hořáky, jako k pájení měděných trubek. Rozdíl nespočívá v hořácích, ale v použití správných tavidel a pájek. Pájení mědi s mosazí se provádí nástavci pro tvrdé pájení.

Pájení měděných trubek s ocelovými, nebo s trubkami z jiných materiálů, se neprovádí. Ke spojování trubek z těchto materiálů se používají spojky nebo přechodové kusy.

Pájení měděných trubek elektrickými páječkami

Toto téma není předmětem článku, proto následuje jen velmi krátká informace o elektrických pájecích strojích.

Elektrické páječky mají výhodu v tom, že nemůže dojít k popálení plamenem a nechtěnému žíhání trubky plamenem. Elektrické pájecí stroje mají výkon v závislosti na průměru pájené trubky. Páječky pro trubky o průměru do 28 mm mají příkon okolo 900 W, avšak pro průměry 54 mm musí mít páječka příkon 2200 W, aby nahřívání netrvalo dlouho. Páječky pracují s elektrickým napětím 230 V.

Seřizování, údržba a čištění hořáků pro pájení

Tyto práce jsou potřebné pro zajištění správné funkce hořáku a jeho dlouhé životnosti. Samotný pracovník může pouze hořák očistit z venkovní strany. Každý hořák je vyroben pro určitý výkon a z toho vyplývají jeho rozměry. Vnitřní průměr nástavce se vyrábí s přesností na setiny milimetru. Neopatrným nebo hrubým čištěním by se mohl zvětšit průměr, a tím by se změnily i jeho parametry.

Veškeré práce, související s údržbou či seřizováním hořáků, mohou provádět pouze firmy k tomu oprávněné a musí mít potřebné vybavení a zařízení, což instalatér běžně nemá. K čištění vnitřního otvoru nástavce se používají speciální jehly. Práci s nimi může provádět pouze zkušený pracovník a jehly musí být v perfektním stavu.

Pokud je na hořáku pokažené piezo zapalování, může být do doby opravy hořák používán při zapalování zapalovačem nebo zápalkou. Opravu zapalování může provést pouze autorizovaná organizace. Po ukončení pájecích prací by měl montážní pracovník hořák očistit a uložit na své místo tak, aby nemohlo dojít k jeho poškození. Jiné práce související s údržbou nebo čištěním pracovník dělat nesmí.

Hořáky pro svařování ocelových trubek

Pro svařování ocelových trubek se po­užívá převážně kyslíkoacetylenový plamen. Hořáky se dodávají v různých velikostech podle tloušťky svařované trubky. Nejvíce používané nástavce v dílnách i na stavbách mají velikost 1 až 2 nebo 2 až 4, u trubek větších průměrů (obvykle nad 70 mm) je silnější stěna a používá se hořák 4 až 6. Obr. 14 ukazuje rukojeť a nejobsáhlejší sadu osmi standardních nástavců.

Kromě těchto tvarů se používají i hořáky jinak zahnuté pro svařování v těžko dostupných místech. O svařování ocelových trubek, o hořácích a nástavcích pojednává článek „Svařování ocelových trubek“, který vyšel v časopise č. 5 a 6/2009 Topenářství instalace.

Bezpečnost práce

Při pájení i svařování se pracuje s otevřeným ohněm. Neopatrnou manipulací by mohlo dojít k požáru, popřípadě k popálení pracovníků. Tomu předcházejí jak výrobci ochranných pomůcek pro pájení a svařování, tak i montážní organizace proškolením pracovníků o nutnosti jejich používání.

Výrobci velkých pájecích a svařovacích souprav (obr. 15) dodávají na láhve s kyslíkem i plynem manometry a regulátory tlaku. Při práci je nutno nastavit doporučené tlaky a dodržovat je. Kontrolu tlaků je možno na manometrech provádět kdykoliv.

Podle Zákoníku práce – zákon č. 65/ 1965 Sb. mohou pájet jen osoby, které absolvovaly kurz a složily zkoušku, mají nejméně 18 let, jsou zdravotně způsobilé a mají platný průkaz.

Hořáky se musí používat jen pro ten druh pájení, ke kterému jsou podle výrobce určeny. Použitím neodpovídajícího hořáku nemusí být dosaženo nastavení správného plamene. V extrémních případech může dojít k prošlehnutí plamene do hadic pájecí soupravy. Každý výrobce hořáků uvádí ke svým výrobkům v návodu k použití podmínky, které musí být dodrženy pro bezpečnou práci.

K doplňkům pro zajištění bezpečnosti práce patří další výrobky, např. zapalovač, pájecí či svařovací ochranné brýle, ochranná dečka proti plamenu a další.

Závěr

Hořáků pro pájení měděných a svařování ocelových trubek se používá velké množství. Pro zajištění bezpečné, kvalitní a produktivní práce je třeba vybrat vždy ten nejvhodnější hořák. Výběr hořáku a použitého plynu závisí na druhu látky, která bude potrubím protékat, na její teplotě a tlaku, na průměru potrubí, na velikosti manipulačního prostoru pro pájení a na teplotě okolního vzduchu. Pájet a svařovat mohou jen pracovníci, kteří prošli kurzem k tomu určeným, složili zkoušku a mají platný průkaz k provádění daných prací. Takoví pracovníci, s určitou délkou praxe v pájení či svařování většinou vědí, jaký hořák k jaké práci mají použít.

Některé možnosti a doporučení při používání hořáků pro tvrdé a měkké pájení měděných trubek a tvarovek ukazuje tabulka 7. Údaje jsou informativní (pomocné), při tvrdém pájení trubek větších průměrů teplota plemene může přesahovat 3000 °C.

Na stavbách mohou být, podle místních podmínek a možností, použity jiné plyny či plameny než tabulka uvádí. Např. při pájení v zimním období platí tato doporučení: plamen – neutrální nebo turbo; plyn – propan, acetylen, MAPP; směšování plynu – s kyslíkem, se vzduchem.

---

Burners for soldering copper pipes and welding of steel pipes

Different types of gas soldering tools for soft and hard cooper pipe soldering are showed. Described are the burners for welding steel pipes. Mentioned are safety work requirements.

Keywords: burners, welding, soldering