Koper harden: complete gids voor verbinden van buizen & fittingen

Al jarenlang zijn de twee meest gangbare methoden om koperbuizen en fittingen te verbinden solderen (solderen) en harden (brazing). Deze beproefde methoden zijn op diverse manieren vergelijkbaar, maar er zijn ook verschillende duidelijke verschillen die ze uit elkaar houden.

Dit artikel legt de gelijkenisjes uit en benadrukt de verschillen tussen de twee verbindingsprocessen om te bepalen welke verbindingsmethode het meest wenselijk is.

Wat is koper harden?

De meest gangbare methode om koperbuizen te verbinden is met behulp van een socket-type, koper, of koperlegering fitting waarin de buissecties worden ingevoegd en bevestigd door middel van vullmetaal, met behulp van een solderen- of hardenproces. Dit type verbinding staat bekend als een capillair- of overloopverbinding omdat de socket van de fitting de buiseind overlapt en een ruimte ontstaat tussen de buis en de fitting.

Deze ruimte heet de capillair ruimte. De oppervlakken van de fitting en buis die overlappen om de verbinding te vormen, zijn bekend als de laagvlakken. Buis en fitting worden dan stevig verbonden met behulp van een vullmetaal dat in de capillair ruimte gesmolten wordt en hecht aan deze oppervlakken.

Het vullmetaal is een metaallegering die een smeltpunt heeft onder dat van de buis of fitting. Het smeltpunt van koper (Cu) legering UNS C12200 is 1.981°F/1082°C. Als het vullmetaal onder 840°F smelt, is het proces solderen. Boven die temperatuur is het harden.

Waarom koper harden gebruiken?

Het gebruik van koper harden is voor wanneer grotere verbindingssterkte nodig is of voor systemen die bij 350 graden of hoger werken.

Typische toepassingen omvatten:

• Brandbeveiliging
• Airconditioning en koeltechniek
• Brandstofgasdistributie
• Watervoorziening

Zowel zuurstofdragende als zuurstofvrije koper kunnen gehard worden om een verbinding met voldoende eigenschappen te produceren. De volledige sterkte van een gegloeid koper geharde verbinding zal ontwikkeld worden met een overloopverbinding.

De vlam die gebruikt moet worden, moet iets koolstofrijk (carburizerend) zijn. Alle zilver-hardelegeringen kunnen met de juiste fluxes gebruikt worden. Met koper-fosfor of koper-fosfor-zilver legeringen kan een geharde verbinding gemaakt worden zonder flux, hoewel het gebruik van flux resulteert in een verbinding van betere uiterlijk.

Koper solderen vs. harden

Meeste solderen wordt gedaan bij temperaturen van 350 tot 600 graden. Koper harden wordt gedaan, zoals voor het harden van verbindingen bij 1100 tot 1500 graden.

Harden is een metaal-verbindingsproces waarbij twee of meer metalen items samen gevoegd worden door vullmateriaal te smelten en in de verbinding te laten vloeien, het vullmateriaal hebbend een lager smeltpunt dan het aangrenzende metaal.

Het verschil tussen harden en solderen is de temperatuur nodig om dat vullmetaal te smelten. Die temperatuur is gedefinieerd als 842°F/450°C door de American Welding Society (AWS) maar wordt vaak afgerond tot 840°F. Als het vullmetaal onder 840°F smelt, is het uitgevoerde proces solderen.

Geharde verbindingen worden gebruikt voor koeltechniek, hoge-drukluchtleidingen, en HVAC waar maximale verbindingssterkte een must is, en gesoldeerde verbindingen worden gebruikt in lage-druk toepassingen zoals drinkwaterleidingen en sommige verwarmingssystemen.

Heb je flux nodig om koper te harden?

Om koper te harden, heb je flux nodig zodat het solder vrij kan lopen en door de brander verwarmd wordt. De staaf wordt dan in plaats geduwd zonder gedwongen te worden, wat de warmtebad zou verwarren en een onbetrouwbare verbinding tussen twee koperstukken zou creëren.

De eenvoudigste methode voor koper harden is het gebruik van een fluxborstel op één oppervlak en dan vloeibaar metaal erop borstelen – dit zal ook wateroplosbare pasta involveren.

De twee metalenstukken moeten een geschuurd oppervlak hebben voor dit proces om efficiënt te werken, want anders vormt het geen gunstige binding tussen hen. Deze techniek is vaak hoe sanitaire pijpverbindingen gedaan worden omdat niemand toxische rook van solderen in hun huis wil.

Hoe koper te harden

Harden wordt gedaan door de koper te verwarmen, dan een laag constantan (een type metaal met hoge thermische geleidbaarheid en lage elektrische weerstand) erboven te laten lopen. Als je de twee stukken correct uitlijnt, smelten ze samen wanneer verhitt tot 250°C.

De flux zorgt ervoor dat kleine luchtbellen er niet in komen en het bederven – deze bubbelen naar het oppervlak als het opwarmt en kunnen geprikt worden met een hardennaald voordat het verwarmen begint.

Eenmaal ze verhit zijn, breng wat hardsolderpasta aan – dit smelt wanneer opnieuw verhit om de verbinding te voltooien! Als constantan niet genoeg thermische geleidbaarheid biedt, of je wilt ervoor zorgen dat beide stukken ongeveer dezelfde temperatuur hebben voordat je voor de eerste keer warmte aanbrengt, kun je ook een flux-bedekte hardenstaaf gebruiken.

Wat precies gebeurt wanneer het vullmetaal smelt?

Wanneer het vullmetaal smelt, vormt het meestal een helder oranje klontje. Dit is hoe je kunt weten dat je de juiste temperatuur bereikt hebt om door te gaan met het hardenproces. Je moet de flux en wateroplosbare pasta aanbrengen, dan de staaf en koperpijp ongeveer vijf minuten verwarmen voordat je soldeerpasta op de staaf aanbrengt.

Als je je afvraagt hoe je dit in de bouw kunt doen, het is typisch hoe sanitaire pijpen verbonden worden. Bij sanitaire pijpen zijn er twee veelgebruikte methoden: koper harden en koper solderen.

De flux helpt het solder vrij te laten lopen en moet op beide oppervlakken toegepast worden voor een succesvol hardenproces. De staaf wordt dan in plaats geduwd zonder gedwongen te worden, wat de warmtebad zou verwarren en een onbetrouwbare verbinding tussen twee koperstukken zou creëren.

Typen vlammen

Er zijn 3 typen vlammen. Een die je niet wilt is een koolstofrijke vlam (carburiserende vlam). Hier is hoe een "carburiserende vlam" eruitziet, het is gemakkelijk te herkennen aan zijn 3 kleuren, en leidt tot excessive verkoolstofing op de pijp wat niet nodig is en de verbinding kan compromitteren.

Ten tweede is een oxidiserende vlam, die je ook niet wilt. Dit type vlam, zoals de naam zegt, zal je werkstuk oxideren wat ongewenst is. En ten slotte, een neutrale vlam. Een neutrale vlam is wat je zoekt omdat het noch verkoolstoft noch oxideert, het heeft een perfecte mix van zuurstof en acetyleen en is typisch een helder blauwe kleur.

Tools/Materialen voor het project

De tools en type vullmaterialen verschillen van een gesoldeerde verbinding tot een geharde verbinding, dus laten we ze allebei doorlopen.

Bij het solderen van drinkwaterleidingen, gebruik je dit type solder dat 95/5 heet. Dit type solder kan niet gebruikt worden bij harden, dus je hebt een vullmateriaal nodig. Er zijn veel typen vullmaterialen op de markt en je moet de juiste kiezen afhankelijk van het type werk dat je doet.

In geval van twijfel, levert Harris Products een heel duidelijke kaart over welk type hardenstaaf te gebruiken voor diverse typen materialen die verbonden worden. Voor deze demonstratie gebruik ik een Stay-silv 15 wat 80% koper, 15% zilver, en 5% fosfor bevat. Je wilt een staaf die fosfor bevat omdat ze zelf-fluxerend zijn, wat de noodzaak om flux op de pijp aan te brengen verwijdert.

Omdat zilversolder op een veel hogere temperatuur smelt, heb je meer warmte nodig dan bij je typische gesoldeerde verbinding.

Harden van kleinere pijpen is mogelijk met een kleine propaanbrander, maar grotere pijpen zoals 1" en hoger vereisen meer warmte, daarom wordt aangeraden een oxy/acetyleen systeem met een passende brander te gebruiken, gezien zilversolder op een hogere temperatuur smelt dan normale solder. Oxyacetyleen brandt veel heter, bij 3500°C of 6330°F vergeleken met propaan dat brandt rond 1995°C of 3620°F.

En tenslotte, de brander. Bij solderen wordt een brander als deze gebruikt, gezien er maar één gas nodig is. Plus, propaanbranders geven niet bij lange na zoveel warmte als een oxy/acetyleen brander.

Ik gebruik deze oxy/acetyleen port-a-torch kit van Harris, wat een Lincoln Electric bedrijf is en geweldig is voor lichte harden-taken zoals deze. Het zit in een draagtas en er zijn 2 tanks, 1 voor zuurstof en 1 voor acetyleen, er zijn ook 2 regelaars voor elk gas en de eigenlijke brander.

Je ziet ook de brander-tips die bij de kit zitten. Je kunt een simpele lucht/acetyleen setup als deze gebruiken, maar het is aanzienlijk langer en geeft je geen schone verbinding zoals een oxy/acetyleen kit. Echter, ze zijn economischer en lichter om mee te dragen in krappe ruimtes, dus gebruik wat het beste voor je is.

Iets anders waar je rekening mee moet houden is ervoor zorgen dat je brander terugslagbeveiligers (flashback arrestors) heeft op de zuurstof- en acetyleenzijde. Meeste nieuwe branders komen met ingebouwde. In het verleden waren dit losse onderdelen die op de slang gemonteerd moesten worden. Dus zorg ervoor dat je kit ermee uitgerust is, want ze stoppen een vlam die in je tank gaat, wat je niet echt wilt.

Koper harden video