Spawanie miedzi i jej stopów: metody, technologie i urządzenia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Miedź i jej stopy są wykorzystywane w różnych sektorach gospodarki. Metal ten jest poszukiwany ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne, które również komplikują przetwarzanie jego struktury. W szczególności spawanie miedzi wymaga specjalnych warunków, chociaż proces ten opiera się na dość powszechnych technologiach obróbki cieplnej.

Specjalne spawanie wykrojek miedzianych

W przeciwieństwie do wielu innych metali i stopów, wyroby miedziane charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną, co powoduje konieczność zwiększenia mocy cieplnej łuku spawalniczego. Jednocześnie wymagane jest symetryczne odprowadzanie ciepła z obszaru roboczego, co minimalizuje ryzyko wystąpienia wad. Kolejną wadą miedzi jest płynność. Ta właściwość staje się przeszkodą w tworzeniu szwów sufitowych i pionowych. Przy dużych jeziorkach spawalniczych takie operacje nie są w ogóle możliwe. Nawet niewielkie nakłady pracy wymagają zorganizowania specjalnych warunków z wykorzystaniem restrykcyjnych wkładek na bazie grafitui azbestu.

Tendencja metalu do utleniania wymaga również, aby specjalne dodatki, takie jak żele krzemowe, manganowe i fosforowe, były stosowane w niektórych trybach z tworzeniem ogniotrwałych tlenków. Cechy spawania miedzi obejmują absorpcję gazów - na przykład wodoru i tlenu. Jeśli nie wybierzesz optymalnego trybu ekspozycji termicznej, szew okaże się złej jakości. W jego strukturze pozostaną duże pory i pęknięcia ze względu na aktywne oddziaływanie z gazem.

Interakcja miedzi z zanieczyszczeniami

Należy wziąć pod uwagę charakter interakcji miedzi z różnymi zanieczyszczeniami i ogólnie pierwiastkami chemicznymi, ponieważ w procesie spawania tego metalu często stosuje się elektrody i druty z różnych materiałów. Na przykład aluminium może rozpuszczać się w stopionej miedzi, zwiększając jej właściwości antykorozyjne i zmniejszając podatność na utlenianie. Beryl - zwiększa odporność mechaniczną, ale zmniejsza przewodność elektryczną. Jednak konkretne efekty będą również zależeć od charakteru środowiska ochronnego i reżimu temperaturowego. Tak więc spawanie miedzi w temperaturze 1050 °C ułatwi wejście składnika żelaznego w strukturę przedmiotu obrabianego ze współczynnikiem około 3,5%. Ale w reżimie około 650 ° C liczba ta zostanie zmniejszona do 0,15%. Jednocześnie żelazo jako takie znacznie zmniejsza odporność na korozję oraz przewodność elektryczną i cieplną miedzi, ale zwiększa jej wytrzymałość. Spośród metali, które nie mają wpływu na takie przedmioty, można wyróżnić ołów i srebro.

Podstawowe metody spawania miedzi

Wszystkie popularne metody spawania, w tym ręczne i automatyczne, są dozwolone w różnych konfiguracjach. Wybór jednej lub drugiej metody zależy od wymagań dotyczących połączenia i właściwości przedmiotu obrabianego. Do najbardziej produktywnych procesów należą spawanie elektrożużlowe i spawanie łukiem krytym. Jeśli planowane jest uzyskanie wysokiej jakości szwu w jednej operacji, wskazane jest zwrócenie się do technologii gazowej. Takie podejście do spawania miedzi i jej stopów przy niskich gradientach temperatury stwarza dogodne warunki do odtleniania i stapiania przedmiotu obrabianego. Dzięki temu szew jest pozytywnie modyfikowany i wytrzymały. W przypadku czystej miedzi można zastosować techniki spawania łukowego z użyciem elektrod wolframowych i gazów osłonowych. Ale najczęściej pracują z pochodnymi miedzi.

Jaki sprzęt jest używany?

Produkty z miedzi mogą być przetwarzane na tokarkach, szlifierkach i frezarkach w celu uzyskania wymiarowych półfabrykatów do spawania. W przemyśle stosowana jest również technika cięcia łukiem plazmowym, która umożliwia cięcie z niemal idealnymi krawędziami cięcia. Spawanie bezpośrednie miedzi odbywa się za pomocą instalacji łukowo-argonowych, urządzeń półautomatycznych, a także urządzeń inwertorowych. Aktualna siła sprzętu może wahać się od 120 do 240 A, w zależności od wielkości przedmiotu obrabianego. Grubość elektrod wynosi zwykle 2,5-4 mm - znowu zależy to od złożoności i objętości pracy.

Spawanie miedzi w argonie

Jedna z najpopularniejszych metod. W szczególności stosowana jest wspomniana technika spawania łukiem argonowym, która polega na zastosowaniu elektrod wolframowych. Podczas ogrzewania miedź oddziałuje z tlenem, tworząc powłokę dwutlenku węgla na powierzchni przedmiotu obrabianego. Na tym etapie obrabiany przedmiot staje się giętki i wymaga podłączenia nie zużywającej się elektrody. Na przykład pręty marki MMZ-2 zapewniają optymalną jakość spoiny podczas spawania miedzi argonem z mediami ochronnymi. Jeśli nie ustalono zadania silnej penetracji przedmiotu obrabianego, można zastosować lekką wersję spawania w środowisku azotu. Jest to dobra metoda oddziaływania termicznego przy niskich napięciach, ale jeszcze większy efekt pod względem jakości spoiny można osiągnąć przy użyciu połączonych gazów. Na przykład doświadczeni spawacze często używają mieszanek, które w 75% zawierają argon.

Spawanie gazowe

W tym przypadku stosuje się czynnik tlenowo-acetylenowy, dzięki czemu temperatura płomienia znacznie wzrasta. W procesie roboczym wykorzystywany jest palnik gazowy. Ta maszyna jest dobra pod względem wydajności, ale jej ograniczone możliwości regulacji nie pozwalają na dostrojenie parametrów jeziorka spawalniczego.

Często stosowana i metoda dzielonej ekspozycji termicznej z połączeniem dwóch palników. Jeden służy do podgrzewania obszaru roboczego, a drugi - bezpośrednio do spawania gazowego docelowego przedmiotu obrabianego. To podejście jest zalecane dla grubych arkuszy 10mm. Jeśli nie ma drugiego palnika,wtedy możesz wykonać dwustronne ogrzewanie wzdłuż linii przyszłego szwu. Efekt nie jest tak wysokiej jakości, ale główne zadanie zrealizowane.

Umożliwia spawanie gazowe i wtryskiwanie topnika w celu uzyskania czystej struktury złącza. W szczególności stosuje się topniki gazowe, takie jak azeotropowe roztwory eteru boru metylowego z metylem. Aktywne opary takich mieszanek trafiają do palnika, modyfikując charakterystykę jeziorka spawalniczego. Płomień w tym momencie przybiera zielonkawy odcień.

Cechy spawania elektrodą węglową

Metoda spawania łukowego, która jest optymalna dla stopów miedzi. Jego główny wyróżnik można nazwać ergonomią i wszechstronnością – przynajmniej we wszystkim, co dotyczy mechaniki wykonywania czynności fizycznych przez operatora. Na przykład spawacz może wykonywać manipulacje bezpośrednio w powietrzu, używając minimalnego zestawu pomocniczego sprzętu ochronnego. Wynika to z faktu, że elektrody węglowe podczas procesu nagrzewania wydzielają wystarczającą ilość energii cieplnej, na której spawana jest miedź małej mocy. Proces okazuje się nieefektywny, ale połączenie nabiera wszystkich niezbędnych właściwości mechanicznych.

Ręczne spawanie łukowe

Technologia tej metody spawania wymaga użycia elektrod otulonych. Oznacza to, że połączenie uzyska przyzwoitą charakterystykę wytrzymałościową, jednak skład struktury produktu będzie ostatecznie różnił się od pierwotnego przedmiotu obrabianego. Specyficzne parametry modyfikacji determinowane są właściwościami odtleniaczy stopowych,które są obecne w powłoce elektrody. Na przykład w kompozycji aktywnej można zastosować takie składniki, jak niskowęglowy żelazomangan, fluoryt, proszek aluminiowy itp. Ta technologia spawania miedzi i samodzielna produkcja powłok pozwalają. Zwykle stosuje się do tego suchą mieszankę, którą zagniata się w płynnym szkle. Taka powłoka sprawia, że szew jest gęstszy, ale przewodność elektryczna konstrukcji jest znacznie zmniejszona. Ogólny proces spawania elektrodami otulonymi charakteryzuje się dużym rozpryskiem, który jest niepożądany w przypadku miedzi.

Spawanie łukiem krytym

Sam topnik do spawania miedzią jest potrzebny jako stabilizator łuku i, co najważniejsze, jako bariera ochronna przed negatywnymi skutkami powietrza atmosferycznego. Proces jest zorganizowany przy użyciu nie zużywających się elektrod grafitowych lub węglowych, a także zużywalnych prętów pod topnikiem ceramicznym. W przypadku stosowania materiałów węglowych elektrody do spawania miedzi są ostrzone, tworząc płaską końcówkę w kształcie szpatułki. Do obszaru roboczego z boku dostarczany jest również materiał wypełniający wykonany z tombaku lub mosiądzu - jest to konieczne do odtlenienia struktury szwu.

Operacja jest wykonywana na prądzie stałym z ogrzewaniem. Kilka barier ochronnych utrzymuje podstawową strukturę przedmiotu obrabianego, chociaż najczęściej doświadczeni spawacze starają się poprawić skład materiału drutem stopowym. Ponownie, aby zapobiec niepożądanym przepływom stopu, zaleca się początkowo zapewnić podłoże grafitowe,który będzie również działał jako forma dla strumienia. Optymalna temperatura robocza dla tej metody wynosi 300-400 °C.

Spawanie łukiem strzeżonym

Zdarzenia spawalnicze z podłączeniem falowników i innych urządzeń półautomatycznych odbywają się w mediach gazowych z podawaniem drutu. W tym przypadku oprócz argonu i azotu można zastosować hel, a także różne kombinacje mieszanin gazowych. Do zalet tej techniki można zaliczyć możliwość efektywnej penetracji grubych detali przy wysokim stopniu zachowania właściwości mechanicznych detalu.

Potężny efekt termiczny tłumaczy się wysoce wydajnymi przepływami plazmy w płonącym medium gazowym, ale te parametry będą również określone przez charakterystykę konkretnego modelu falownika. Jednocześnie technika spawania miedzi łukiem argonowym jest bardziej preferowana w stosunku do detali o grubości 1-2 mm. Co do funkcji ochronnej ośrodka gazowego, nie można na nim całkowicie polegać. Pozostaje ryzyko powstawania tlenków, porowatości i negatywnego wpływu dodatków z drutu. Z drugiej strony środowisko argonowe skutecznie chroni obrabiany przedmiot przed działaniem tlenu w powietrzu.

Wniosek

Miedź ma wiele cech, które odróżniają ją od innych metali. Ale nawet w ramach ogólnej grupy jej stopów istnieje wiele różnic, które w każdym przypadku wymuszają poszukiwanie indywidualnego podejścia do wyboru optymalnej technologii formowania szwu. Na przykład spawanie gazowe jest odpowiednie w przypadkach, gdy potrzebne jest mocne połączenie w dużym przedmiocie obrabianym. Jednak nowicjuszemetoda ta nie jest zalecana ze względu na wysokie wymagania bezpieczeństwa pracy z palnikami i butlami gazowymi. Wysoce precyzyjne operacje spawania małoformatowego powierza się wygodnym i wydajnym półautomatom. Niedoświadczony operator również poradzi sobie z takim sprzętem, w pełni kontrolując parametry przepływu pracy. Nie zapomnij o znaczeniu mediów gazowych. Mogą służyć nie tylko jako izolator przedmiotu obrabianego podczas spawania, ale także jako sposób na poprawę niektórych właściwości technicznych i fizycznych materiału. To samo dotyczy elektrod, które mogą przyczynić się do pozytywnego efektu stopowania.