Schweißen von Kupfer und seinen Legierungen: Methoden, Technologien und Ausrüstung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Kupfer und seine Legierungen werden in verschiedenen Wirtschaftszweigen verwendet. Dieses Metall ist aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften gefragt, die auch die Verarbeitung seiner Struktur erschweren. Insbesondere das Schweißen von Kupfer erfordert besondere Bedingungen, obwohl das Verfahren auf ziemlich verbreiteten Wärmebehandlungstechnologien basiert.

Spezifisches Schweißen von Kupferplatinen

Kupferprodukte zeichnen sich im Gegensatz zu vielen anderen Metallen und Legierungen durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus, was eine Erhöhung der Wärmeleistung des Schweißlichtbogens erforderlich macht. Gleichzeitig ist eine symmetrische Wärmeabfuhr aus dem Arbeitsraum gefordert, was das Risiko von Defekten minimiert. Ein weiterer Nachteil von Kupfer ist die Fließfähigkeit. Diese Eigenschaft wird zu einem Hindernis bei der Bildung von Decken- und Vertikalnähten. Bei großen Schweißbädern sind solche Operationen überhaupt nicht möglich. Auch kleine Arbeitsvolumina erfordern die Organisation besonderer Bedingungen bei der Verwendung von restriktiven Auskleidungen auf Graphitbasisund Asbest.

Die Oxidationsneigung des Metalls erfordert auch die Verwendung spezieller Additive wie Silizium-, Mangan- und Phosphorgele in einigen Modi mit der Bildung von feuerfesten Oxiden. Zu den Merkmalen des Kupferschweißens gehört die Aufnahme von Gasen - zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn Sie nicht den optimalen Modus der Wärmeeinwirkung wählen, stellt sich heraus, dass die Naht von schlechter Qualität ist. Große Poren und Risse bleiben aufgrund der aktiven Wechselwirkung mit Gas in seiner Struktur.

Wechselwirkung von Kupfer mit Verunreinigungen

Es ist notwendig, die Art der Wechselwirkung von Kupfer mit verschiedenen Verunreinigungen und chemischen Elementen im Allgemeinen zu berücksichtigen, da beim Schweißen dieses Metalls häufig Elektroden und Drähte aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann sich Aluminium in einer Kupferschmelze auflösen, wodurch seine Korrosionsschutzeigenschaften erhöht und die Oxidierbarkeit verringert werden. Beryllium - erhöht den mechanischen Widerstand, verringert jedoch die elektrische Leitfähigkeit. Die spezifischen Wirkungen hängen jedoch auch von der Art der Schutzumgebung und dem Temperaturregime ab. Das Schweißen von Kupfer bei 1050 ° C erleichtert also den Eintritt der Eisenkomponente in die Struktur des Werkstücks mit einem Koeffizienten von etwa 3,5%. Aber in einem Regime von etwa 650 ° C wird diese Zahl auf 0,15% reduziert. Gleichzeitig verringert Eisen als solches die Korrosionsbeständigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit von Kupfer stark, erhöht jedoch seine Festigkeit. Von den Metallen, die solche Werkstücke nicht angreifen, können Blei und Silber unterschieden werden.

Grundlegende Kupferschweißverfahren

Alle gängigen Schweißverfahren, auch manuell und automatisch, sind in verschiedenen Konfigurationen erlaubt. Die Wahl des einen oder anderen Verfahrens wird von den Anforderungen an die Verbindung und den Eigenschaften des Werkstücks bestimmt. Zu den produktivsten Verfahren gehören das Elektroschlacke- und das Unterpulverschweißen. Soll in einem Arbeitsgang eine qualitativ hochwertige Naht erzielt werden, empfiehlt es sich, auf die Gastechnik zurückzugreifen. Dieser Ansatz zum Schweißen von Kupfer und seinen Legierungen bei niedrigen Temperaturgradienten schafft günstige Bedingungen für die Desoxidation und Legierung des Werkstücks. Dadurch wird die Naht positiv modifiziert und h altbar. Für reines Kupfer können Lichtbogenschweißtechniken mit Wolframelektroden und Schutzgasen verwendet werden. Aber meistens arbeiten sie mit Kupferderivaten.

Welche Geräte werden verwendet?

Kupfervorprodukte können auf Dreh-, Schleif- und Fräsmaschinen bearbeitet werden, um maßh altige Rohlinge zum Schweißen zu formen. Die Industrie verwendet auch das Plasmalichtbogen-Schneidverfahren, das ein Schneiden mit nahezu perfekten Schnittkanten ermöglicht. Das direkte Schweißen von Kupfer wird von Argon-Lichtbogen-Anlagen, halbautomatischen Geräten sowie Invertergeräten durchgeführt. Die Stromstärke der Geräte kann je nach Werkstückgröße zwischen 120 und 240 A variieren. Die Dicke der Elektroden beträgt normalerweise 2,5-4 mm - auch hier hängt es von der Komplexität und dem Arbeitsvolumen ab.

Kupfer-Argon-Schweißen

Eine der beliebtesten Methoden. Insbesondere wird die erwähnte Technik des Argon-Lichtbogenschweißens verwendet, bei der Wolframelektroden verwendet werden. Während des Erhitzens interagiert Kupfer mit Sauerstoff und bildet eine Dioxidbeschichtung auf der Oberfläche des Werkstücks. In diesem Stadium wird das Werkstück biegsam und erfordert den Anschluss einer nicht verbrauchbaren Elektrode. Beispielsweise sorgen Stäbe der Marke MMZ-2 beim Schweißen von Kupfer mit Argon unter Schutzmedien für eine optimale Schweißqualität. Wenn die Aufgabe eines starken Eindringens des Werkstücks nicht gestellt wird, kann eine leichte Version des Schweißens in einer Stickstoffumgebung verwendet werden. Dies ist eine gute Methode der thermischen Einwirkung bei niedrigen Spannungen, aber eine noch größere Wirkung in Bezug auf die Schweißqualität kann mit kombinierten Gasen erzielt werden. Erfahrene Schweißer verwenden beispielsweise häufig Mischungen mit 75 % Argon.

Gasschweißen

In diesem Fall wird ein Sauerstoff-Acetylen-Medium verwendet, wodurch die Flammentemperatur erheblich ansteigt. Im Arbeitsprozess wird ein Gasbrenner verwendet. Diese Maschine ist gut in ihrer Leistung, aber ihre begrenzten Einstellmöglichkeiten erlauben keine Feinabstimmung der Parameter des Schweißbades.

Häufig angewandte Methode der geteilten thermischen Belastung durch den Anschluss von zwei Brennern. Einer dient zum Aufwärmen des Arbeitsbereichs und der zweite - direkt zum Gasschweißen des Zielwerkstücks. Dieser Ansatz wird für 10 mm dicke Bleche empfohlen. Wenn kein zweiter Brenner vorhanden ist,dann können Sie entlang der Linie der zukünftigen Naht eine beidseitige Erwärmung durchführen. Der Effekt ist nicht so hochwertig, aber die Hauptaufgabe wird realisiert.

Ermöglicht Gasschweißtechnik und Flussmittelinjektion, um eine saubere Verbindungsstruktur zu erh alten. Insbesondere werden gasförmige Flussmittel verwendet, wie azeotrope Lösungen von Bormethylether mit Methyl. Die aktiven Dämpfe solcher Mischungen werden zum Brenner geleitet und verändern die Eigenschaften des Schweißbades. Die Flamme nimmt an diesem Punkt einen grünlichen Farbton an.

Eigenschaften des Kohleelektrodenschweißens

Lichtbogenschweißverfahren, das für Kupferlegierungen optimal ist. Sein Hauptunterscheidungsmerkmal kann als Ergonomie und Vielseitigkeit bezeichnet werden - zumindest in allem, was mit der Mechanik der Ausführung körperlicher Handlungen durch den Bediener zu tun hat. Beispielsweise kann ein Schweißer mit einem Mindestsatz an zusätzlicher Schutzausrüstung Manipulationen direkt in der Luft durchführen. Dies liegt daran, dass Kohlenstoffelektroden während des Erwärmungsprozesses eine ausreichende Menge an Wärmeenergie abgeben, auf die Kupfer mit geringer Leistung geschweißt wird. Der Prozess erweist sich als ineffizient, aber die Verbindung erhält alle notwendigen mechanischen Eigenschaften.

Lichtbogenhandschweißen

Die Technologie dieses Schweißverfahrens beinh altet die Verwendung von umhüllten Elektroden. Dies bedeutet, dass die Verbindung anständige Festigkeitseigenschaften erhält, die Zusammensetzung der Produktstruktur jedoch letztendlich vom ursprünglichen Werkstück abweicht. Spezifische Modifizierungsparameter werden durch die Eigenschaften von Legierungsdesoxidatoren bestimmt,die in der Elektrodenbeschichtung vorhanden sind. Beispielsweise können in der Aktivmasse Komponenten wie kohlenstoffarmes Ferromangan, Flussspat, Aluminiumpulver usw. verwendet werden, was eine Kupferschweißtechnik und eine eigenständige Herstellung von Beschichtungen ermöglicht. Üblicherweise wird dazu eine Trockenmischung verwendet, die in flüssiges Glas geknetet wird. Eine solche Beschichtung macht die Naht dichter, aber die elektrische Leitfähigkeit der Struktur wird deutlich reduziert. Der allgemeine Schweißprozess mit umhüllten Elektroden ist durch hohe Spritzer gekennzeichnet, was für Kupfer unerwünscht ist.

Unterpulverschweißen

Das Flussmittel selbst zum Schweißen mit Kupfer wird als Lichtbogenstabilisator und vor allem als Schutzbarriere gegen die negativen Auswirkungen der atmosphärischen Luft benötigt. Der Prozess wird mit nicht verbrauchbaren Graphit- oder Kohlenstoffelektroden sowie mit verbrauchbaren Stäben unter einem keramischen Flussmittel organisiert. Wenn Kohlenstoffverbrauchsmaterialien verwendet werden, werden die Elektroden zum Kupferschweißen zu einer flachen Spitze in Form eines Spatels geschärft. Zusätzlich wird dem Arbeitsbereich seitlich ein Spachtelmaterial aus Tombak oder Messing zugeführt - dies ist notwendig, um das Nahtgefüge zu desoxidieren.

Der Betrieb erfolgt mit Gleichstrom mit Heizung. Mehrere Schutzbarrieren erh alten die Grundstruktur des Werkstücks, obwohl erfahrene Schweißer meistens versuchen, die Zusammensetzung des Materials mit Legierungsdraht zu verbessern. Auch hier empfiehlt es sich, um ungewollte Schmelzflüsse zu verhindern, zunächst ein Graphitsubstrat vorzusehen,die auch als Form für das Flussmittel dienen. Die optimale Betriebstemperatur für dieses Verfahren liegt bei 300-400 °C.

Schutzgasschweißen

Schweißveranst altungen mit Anschluss von Invertern und anderen halbautomatischen Geräten werden in gasförmigen Medien mit Drahtvorschub durchgeführt. Dabei können neben Argon und Stickstoff auch Helium sowie verschiedene Kombinationen von Gasgemischen verwendet werden. Zu den Vorteilen dieser Technik gehört die Möglichkeit des effektiven Eindringens in dicke Werkstücke mit einem hohen Grad an Erh altung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks.

Der starke thermische Effekt wird durch hocheffiziente Plasmaströmungen in einem brennenden gasförmigen Medium erklärt, aber diese Parameter werden auch durch die Eigenschaften eines bestimmten Wechselrichtermodells bestimmt. Gleichzeitig ist die Technik des Argon-Lichtbogenschweißens von Kupfer in Bezug auf Werkstücke mit einer Dicke von 1-2 mm bevorzugter. Auf die Schutzfunktion des gasförmigen Mediums kann man sich nicht vollständig verlassen. Es bleibt das Risiko von Oxiden, Porosität und den negativen Auswirkungen von Additiven aus dem Draht. Andererseits schützt die Argonumgebung das Werkstück wirksam vor Sauerstoffeinwirkung in der Luft.

Schlussfolgerung

Kupfer hat viele Eigenschaften, die es von anderen Metallen unterscheiden. Aber auch innerhalb der Gesamtgruppe ihrer Legierungen gibt es viele Unterschiede, die jeweils die Suche nach einem individuellen Ansatz zur Auswahl der optimalen Technologie zur Ausbildung einer Naht erfordern. Das Gasschweißen eignet sich beispielsweise für Fälle, in denen Sie eine starke Verbindung in einem großen Werkstück herstellen müssen. Allerdings NeulingeDiese Methode wird aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen beim Arbeiten mit Brennern und Gasflaschen nicht empfohlen. Hochpräzise Schweißarbeiten im Kleinformat werden komfortablen und produktiven Halbautomaten anvertraut. Ein unerfahrener Bediener kann auch mit solchen Geräten umgehen und die Parameter des Arbeitsablaufs vollständig steuern. Vergessen Sie nicht die Bedeutung gasförmiger Medien. Sie können nicht nur als Isolator des Werkstücks beim Schweißen verwendet werden, sondern auch als Mittel zur Verbesserung einiger technischer und physikalischer Eigenschaften des Materials. Gleiches gilt für Elektroden, die einen positiven Legierungseffekt beitragen können.