Изучаем процесс сварки меди

Наличие различных примесей в меди делает процесс сварки на воздухе довольно сложным процессом, поскольку испарение веществ с меньшей температурой плавления придаёт шву пористость и низкую прочность. Отсутствие предварительной термической подготовки деталей может привести к трещиноватости соединения вследствие неравномерной температурной усадки при остывании. Так же необходимо учитывать окисный слой на поверхности металла, имеющий более высокую температуру плавления. Поэтому при сварке меди используются определённые технологии и методы, о которых мы вам расскажем.

Содержание

Свойства меди и её сплавов

Медь используют в различных отраслях промышленности, поскольку при относительной дешевизне она обладает рядом уникальных свойств. Высокая электропроводность делает возможным использование этого материала в электронике, энергетике и электротехнике. Стойкость к агрессивным средам позволяет пользоваться этим металлом в химической промышленности, а теплопроводность при создании теплообменных конструкций. В бытовой сфере используются медные провода, трубы, радиаторы и сантехнические приборы. Все эти области применения требуют способов надёжной сварки меди для соединения деталей в единое целое.

Чистота технической меди маркируется определённым образом, если примесей менее 0,05%, то она имеет обозначение М0. В случае содержания примесей от 0,05 до 0,1% металл имеет маркировку М1, если менее 0,3%, то М2, М3 – не более 0,5%, а менее1% − М4. Температура плавления меди равна 1083^оС, плавление латуни и бронзы происходит при 950^оС. Высокая теплопроводность этих материалов при температурном воздействии приводит к растрескиванию шва при остывании, а наличие некоторых примесей к повышенной пористости, что влияет на прочность соединения.

Чтобы понять особенности сварки меди, необходимо рассмотреть виды материалов на основе этого цветного металла, которые используются в промышленности, а именно:

катодная медь марок М00к, М0к и М1к с хорошей свариваемостью;
раскисленная медь М1р, М2р и М3р, показатели сварки хорошие;
рафинированная медь М2 и М3 при сварке нуждается в подогреве;
литейная оловянная бронза, сплав меди и олова, а также легирующих элементов, сваривается удовлетворительно, хорошо или плохо в зависимости от сорта материала;
литейная безоловянистая бронза, сваривается хорошо или удовлетворительно;
деформируемая бронза, в зависимости от марки сваривается плохо или удовлетворительно;
деформируемая латунь, сплав меди и цинка, при сварке нуждается в подогреве заготовок;
медно-никелевый сплав соединяется методом MIG аргонодуговой сваркой.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»]
Важно помнить, что большинство сортов меди и сплавов на её основе перед работой нуждаются в тщательной очистке и подогреве до определённых температур в зависимости от марки материала.[/wpsm_box]

Чтобы избежать температурных деформаций тонколистовые детали часто сваривают с использованием лазерного метода, импульсные характеристики которого наилучшим образом подходят для сварки меди и сплавов различного назначения. Кроме того, при значительной толщине деталей прибегают к разделке торцов заготовок V или Х-образным способом и к двустороннему соединению с подкладками в несколько проходов с последующей обработкой швов.

Свариваемость меди и её сплавов

Необходимо понимать, что сварка меди и её сплавов требует знания некоторых особенностей материала и условий его свариваемости. Наличие примесей свинца, серы и фосфора негативно сказывается на качестве соединения, поскольку приводит к возникновению пор и трещин в теле шва.

Чтобы избежать отрицательных результатов окисляющего воздействия кислорода, часто используют сварочные автоматы, где сварка ведётся под слоем флюса. С целью устранения последствий температурных деформаций в зоне сварного соединения на производстве используют дорогостоящую сварку лазером, при которой негативное воздействие на шов практически исключается.

В бытовых условиях, прежде чем начинать сварку своими руками, необходимо выбрать метод работ, подготовить нужное оборудование и расходные материалы, а главное, уяснить какие факторы влияют на свариваемость меди и сплавов. По своим свойствам медь несколько отличается от стали, поэтому на качество сварочного процесса влияют несколько иные обстоятельства, а именно:

высокое линейное расширение при нагреве, и сжатие при остывании приводит к деформации заготовок и возникновению трещин в зоне сплавления;
окисная плёнка на поверхности материалов имеет большую температуру плавления, а при нагревании медь окисляется ещё более интенсивно;
в зоне расплава происходит активное поглощение газов, что приводит к возникновению пор и неоднородностей при остывании;
высокая теплопроводность требует более интенсивного нагрева, а поскольку тепло отводится быстро, то сформирование качественного шва требует навыка;
резкие перепады температур при несоблюдении технологии работ, ведут к повышению зернистости и повышению хрупкости шва;
высокая текучесть расплавленного материала требует применения подкладок и затрудняет формирование вертикальных и потолочных швов;
с повышением температуры до 300−550^оС пластичность меди, в отличие от стальных элементов, понижается, что необходимо учитывать при фиксации заготовок;
сварка латунных деталей может привести к испарению цинка и образованию ядовитого оксида, поэтому работу необходимо проводить под вытяжкой или в хорошо проветриваемом помещении.

https://www.youtube.com/watch?v=aGtk5uepP5o

Добиться надлежащего качества сварки возможно с помощью технологических приёмов и использования методов работы, которые позволяют учесть особенности соединения медных деталей.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»]
Важно знать, что соединение меди с углеродом может привести к возникновению взрывчатой смеси, поэтому сварочные работы необходимо производить покрытыми электродами с соответствующим флюсом или в среде защитных газов высокого качества очистки. [/wpsm_box]

Особенности сварки медных деталей

Для сварки меди используют ряд вполне эффективных методов, которые позволяют с помощью технологических решений добиться высокого качества шва практически без потери физико-химических свойств материала. В промышленных масштабах эти работы осуществляют с помощью лазерной сварки или с применением сварочных автоматов.

Для бытового применения есть более простые методы. Например, сплавление электрических медных проводов или сварку нихрома с медью производят с помощью простого преобразователя напряжения. Он представляет собой обычный понижающий трансформатор, на вторичной обмотке которого переменное напряжение около 20 В, а сварку осуществляют угольным электродом.

Конечно, листовые детали или заготовки значительной толщины таким образом сваривать нельзя и для них подбираются особые температурные режимы и электроды или проволока, подходящие по составу. Медные заготовки толщиной более 8 мм перед сваркой подогревают до температуры 200−300^оС, бронзовые до 500−600^оС и латунные до 350^оС при толщине более 12 мм. При толщине заготовок более 5 мм требуется разделка кромок под углом 60^о−70^о, а в процессе работы использовать подкладки с изнанки шва для устранения эффекта текучести расплава. Особое внимание следует уделять механической очистке деталей от окисного слоя и обезжириванию.

Сварка меди и сплавов производится инверторными аппаратами и самым важным является защита сварочной ванночки от воздействия агрессивного кислорода. Это достигается с помощью электродов или проволоки с эффектом раскисления, а так же за счёт воздействия инертного газа. Для сварки используются следующие методы:

сварка плавящимися электродами ММА постоянным током обратной полярности электродами К100 и Комсомолец;
сварка вольфрамовыми электродами в инертных газах TIG с ручной подачей проволоки из меди или бронзы в зону плавления;
полуавтоматическая сварка в защитном газе методом MIG с регулируемой подачей соответствующей проволоки в сварочную ванночку.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»]
Важно помнить, что материал электродов и проволоки должен по составу быть как можно ближе к свариваемым деталям, поскольку это улучшает прочностные свойства шва и сохраняет физические свойства меди или сплава.[/wpsm_box]

При правильно выбранных компонентах, режимах работы и способах разделки кромок, сварочный шов по прочности не уступает основному материалу, а использование импульсного тока при сварке заготовок небольшой толщины позволяет избежать перегрева меди и сплавов. Длину дуги необходимо поддерживать в пределах 3−4 мм и использовать подкладки, чтобы обеспечить правильное формирование шва без потери качества.

Подводим итог

Мы рассказали об особенностях сварочного процесса при соединении разновидностей меди, латуни, и бронзы. Эти материалы широко используются, как в промышленности так в быту, и иногда им требуется ремонт. Знание особенностей сварки поможет вам восстановить работоспособность изделия без ущерба для качества, а навыки, возможно, дадут толчок для создания новой, оригинальной конструкции.