Медная присадка для сварки

Обновлено: 04.05.2024

Сложность свариваемости меди заключается в особенностях материала:

высокая теплопроводность предъявляет особые требования к использованию источников нагрева с высокой тепловой мощностью;
большая текучесть в расплавленном состоянии заставляет выполнять работы в нижнем положении на специальных подкладках;
способность к чрезмерному окислению в расплавленном состоянии приводит к необходимости использования флюсов;
высокий коэффициент линейного расширения вынуждает принимать меры по защите от остаточных деформаций свариваемых конструкций.

Примеси, входящие в состав меди, влияют на ее свариваемость:

кислород понижает механические и технологические качества металла и коррозийную стойкость;
висмут и свинец образуют с металлом легкоплавкие эвтектики и придают хрупкость и красноломкость основному и наплавленному материалу.

В текучем состоянии водород сильно поглощается медью, что может привести к трещинам и порам в шве (так называемая «водородная болезнь»).

Подготовка меди

Перед сваркой проводится подготовка поверхности кромок и прилегающих участков шириной 25-30 см. Выполняется очистка от загрязнений и обезжиривание бензином, уайт-спиритом, четыреххлористым углеродом или ацетоном. После обезжиривания удаляется поверхностная пленка металла механическим способом (с помощью стальной щетки, столярного инструмента – шабера).

Элементы из меди, предназначенные для сварки, должны отвечать информации, изложенной в сертификатах, ГОСТах, технических условиях (марка, химический состав, свойства).

Медь для изготовления ответственных конструкций перед сваркой проверяется на вмещение кислорода (не более 0.01%), висмута и свинца. Во избежание проявления «водородной болезни» перед сваркой прокаливают электроды, что способствует снижению количества водорода в зоне сварки.

Чтобы предотвратить появление трещин в металле, свариваемые элементы не рекомендуется закреплять жестко.

Технологии способов сварки меди

Сварку меди проводят всеми методами плавления с учетом специфических свойств материала.

Ручная дуговая

Применяемые электроды — с защитным покрытием (фосфор, марганец, кремний). Режим — постоянным током обратной полярности. Работа проводится короткой дугой без поперечных колебаний. Качественное образование шва достигается возвратно-поступательным действием электрода.

Особенности сварочного процесса в зависимости от толщины меди:

до 4 мм — выполняется без подогрева и без разделки кромок;
5-10 мм – совершается с заранее выполненным подогревом до 250-300° С с односторонней разделкой кромок (угол 60-70°), притупление кромок — 1.5-3 мм;
большая толщина требует Х-образной разделки.

Электродные стержни сечением 3-6 мм подбирают тождественными основному материалу. После окончания процесса проводится проковка и быстрое водяное охлаждение.

Сварка с применением угольных или графитовых стержней

Метод ручной сварки угольными электродами уместен для медных изделий малой важности с толщиной до 15 мм. При большей толщине материала рациональнее использовать графитовые стержни. Режим: постоянный ток прямой полярности. Плотность тока — 200-400 А/см 2 . Электроды заточены на 1/3 длины на конус.

Рабочий процесс ведется длинной дугой. Присадка в ванну не погружается. Ее располагают в 5-6 мм от плоскости ванны. Угол к изделию — 30°. Стержень размещают по отношению к свариваемому предмету под углом 75-90°.

Ввиду того что образующийся в процессе работы углекислый газ не полностью защищает от окисления жидкий металл, используют присадочную проволоку с фосфорным раскислителем и флюс (бура и магний). Перед нанесением флюса в виде пудры поверхность прутка или кромок смачивают жидким стеклом. После покрытия флюсом рабочие элементы просушивают на воздухе.

медь толщиной до 4 мм соединяется без скоса кромок;
соединение металла встык толщиной более 5 мм сваривают на асбестовой или графитовой подкладке с разделкой кромок (угол 70-90°);
после сварки рекомендуется выполнить проковку шва (550-800° С) и быстро охладить в воде.

Ручной аргонодуговой способ

Сварка производится неплавящимся вольфрамовым электродом в режиме постоянного тока прямой полярности в среде защитного газа — аргона высокой чистоты.

Соединение металла толщиной более 4 мм проводится с применением предшествующего подогрева (до температуры 800° С). Применяется присадочный материал — медная проволока или медно-никелевая, бронзовая.
Медь сечением свыше 5 мм сваривается V- или Х-образной разделкой кромок (угол раскрытия 60-70°), направление — справа налево углом вперед. Наклон электрода к обрабатываемому предмету – 80-90°.

С учетом факта, что медь относится к материалу с плохими литейными качествами, важно правильно выбрать присадку. Рекомендуется сплав меди с раскислителями – цинком, оловом, фосфором.

Полуавтоматическая сварка

Метод уместен при сварке меди толщиной 2-3 мм и более. Режим – постоянный ток обратной полярности в газовой среде (гелий, азот, аргон) и их смесей с кислородом.

полуавтоматическая сварка швов 500-700 мм длиной выполняется непрерывно;
для швов большей длины применяется обратноступенчатый способ;
наклон горелки – углом вперед (10-15° от вертикали);
промежуток от свариваемого материала до сопла горелки составляет 20-25 мм;
расположение шланга с проволокой должно быть таким, чтобы не образовывались сгибы проволоки.

Сваривание сплавов

К сплавам меди относятся латуни и бронзы.

Сварку латуни проводят короткой дугой в режиме постоянного тока обратной полярности. После проведения процесса шов проковывается и отжигается. Также для сплава применяют методы сварки вольфрамовым электродом в аргоновой или гелиевой среде и угольной дугой. Проблемы при работе вызваны ядовитыми испарениями цинка, поэтому сварка латуни требует вентиляции рабочего места и применения респиратора.

Бронзы по свариваемости имеют отличительные особенности, поэтому технологические процессы различны. Химический состав присадочного материала должен быть идентичен составу свариваемого металла. Режим сварки — постоянный ток обратной полярности короткими участками. Тип электрода подбирается в зависимости от состава бронзы.

Медь с алюминием

Получение неразъемных соединений меди с алюминием достигается сваркой плавлением, давлением или совместным их действием. Предпочтение отдается методу давлением. Процессом холодной сварки получают биметаллические листы алюминий-медь (способ плакирования). Также имеется технология, сочетающая холодную прокатку с горячей. Другие применяемые способы сварки:

трением, оплавлением и сопротивлением (соединение круглых элементов сплошного и трубчатого сечения);
аргонодуговая;
термитная;
заливкой.

Дуговая сварка плавлением меди с алюминием имеет трудности, предопределенные свойствами этих материалов – значительной разницей температур плавления, высокой прочностью пленки окиси, ограниченной взаимной растворимостью металлов.

Медь со сталью

Соединение осуществляется сваркой плавлением:

ручной электродуговой плавящимися и неплавящимися электродами;
автоматической и полуавтоматической под флюсом;
в среде защитных газов; .

При толщине соединяемых деталей от 3 мм применяют автоматическую сварку стыковых и угловых швов под слоем флюса. Соединение меди со сталью толщиной от 1 мм проводится аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

Для получения сварочных соединений с узким швом применяют электронно-лучевой метод.

Медные присадочные прутки

Пруток медный CuSi3 д.2.0х1000мм 5кг используется в качестве присадки при аргонодуговой сварке изделий.

Стальной круг – изделие, представляющее собой прут с круглым поперечным сечением различных диаметров. Производится из качественной стали, что гарантирует защиту изделия от возможных процессов коррозии. Стальные круги по прокатной точности могут быть стандартные и повышенные (круги калиброванные).

Пруток медный CuSi3 д.1.6х1000мм 5кг используется в качестве присадки при аргонодуговой сварке изделий.

Пруток медный CuSi3 д.3.2х1000мм 5кг используется в качестве присадки при аргонодуговой сварке изделий.

Пруток медный CuSi3 д.2.4х1000мм 5кг используется в качестве присадки при аргонодуговой сварке изделий.

Пруток на основе кремниевой бронзы, предназначенный для сварки разнообразных сплавов на основе меди, таких как низколегированные медные сплавы, латуни с невысоким содержанием цинка, кремниевые, никель-серебрянные и некоторые другие типы бронз, а также для наплавки антифрикционных покрытий на стальные и чугунные поверхности

Сварка меди с использованием аргонодугового способа: особенности технологии во взаимосвязи с металлом

Медь как металл представляет собой мягкий, достаточно податливый материал. Для него характерен сравнительно простой процесс обработки путем переплавления из руды в металл, который в дальнейшем можно обрабатывать. Это свойство обусловило широкое распространение изделий из меди, однако, существенным образом затрудняет возможности сварки в связи с физико-химическими особенностями свойств.

Особенности сварки меди аргонодуговым способом

Сама медь, так же, как и сплавы на ее основе, являются достаточно высокотеплопроводными материалами, которые, ко всему прочему, обладают также большой электропроводностью, а также высокой коррозионной стойкостью как при воздействии внешних факторов, так и относительно внутрикристаллической коррозии.

Точка плавления меди в ее чистом виде составляет 1083 °С, а в случае добавления различных легирующих химических соединений данный показатель может смещаться в одну или другую сторону.

Особенностью сварки медных изделий и деталей является высокая теплопроводность данного металла, что делает обязательным предварительный подогрев деталей перед началом сварки. Разогрев должен осуществляться до температуры от 350 до 600 °С. Подогрев осуществляется, как правило, с помощью газовой горелки.

Сварка осуществляется чаще всего с помощью аргонодугового способа путем использования неплавящегося электрода с постоянным током. В качестве присадочного материала используется пруток из чистой меди либо из ее сплавов. Это позволяет добиться максимального качества шва, а также его аккуратного внешнего вида.

В случае если материалы подобраны неправильно, медь в сварочной ванне начинает кипеть, что вызывает образование большого количества пор в полученном шве, а само соединение становится хрупким и может разрушиться в процессе эксплуатации.

Режимы сварки меди в аргоне

Как и для других видов свариваемых материалов, режимы сварки следует подбирать исходя из качества деталей. Примерные варианты режимов опираются на толщину свариваемого металла, диаметр электродов, проволоки и выливаются в определенные показатели силы тока, измеряемой в амперах.

Каждый режим тем не менее должен подбираться в соответствии с конкретными условиями сварки и проверяться на деталях, аналогичных по материалу изготовления тем деталям, на которых будет производиться основной процесс сварки.

Выбор присадочных материалов

Присадочные материалы, использующиеся для сварки медных деталей, должны выбираться на основании данных о физико-химических свойствах меди или ее сплавов, из которых изготовлены детали или изделия.

При осуществлении сварки следует обратить внимание на марку самой меди или сплава – она должна быть раскисленной или бескислородной, так как, в противном случае, во время сварочного процесса металл будет кипеть в сварочной ванне, в результате чего сварочный шов получится пористым и непрочным.

В качестве прутка или проволоки следует использовать такие материалы, которые позволят избежать кипения материала в шве: необходимо подобрать проволоку или пруток с содержанием в сплаве химических элементов, позволяющих вытеснить кислород из зоны сварочной ванны.

Примерная стоимость медной проволоки на Яндекс.маркет

Неплавящийся электрод выбирается только вольфрамовый, на конце которого должна быть заточка конической формы с небольшим притуплением. Такая форма позволит обеспечить стабильное горение дуги при осуществлении самого процесса сварки, что даст возможность сохранить температурный уровень сварочной зоны и не допустит быстрого остывания деталей до момента завершения шва.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Если говорить о защитном газе, который используется при сварке, то выбор такового зависит от условий сварки, в том числе от пространственного положения соединения. Аргон тяжелее воздуха, в частности, кислорода, и он оседает к земле под действием природных сил притяжения.

Примерная стоимость баллонов с аргоном разных объемов на Яндекс.маркет

Если необходимо выполнить потолочные стыки, то потребуется замена аргона гелием, который легче воздуха, но также может выполнять защитные функции при выполнении сварочных работ.

Технология сварки меди аргонодуговым способом

С технологической точки зрения, сварка меди аргонодуговым способом, как и другой вид сварки, делится на три этапа:

подготовительный. На этом этапе необходимо очистить свариваемые поверхности от окислов, загрязнений, обезжирить. После выполнения данных работ следует проверить их на чистоту и состояние и если потребуется, выполнить зачистку вручную или с помощью электроинструмента, после чего повторить процесс очищения от окислов и обезжиривания;
собственно этап сварки;
завершающий этап, на котором происходит проверка качества выполненного сварного соединения после зачистки от застывших капель расплавленного металла, а также визуальный контроль качества шва на предмет видимых пор.

На этапе собственно сварки следует выполнить следующие действия:

если речь идет о ремонте какого-либо медного изделия, необходимо сделать прорезь вдоль возникшей трещины таким образом, чтобы края такой прорези выходили за пределы трещины. Это даст возможность избежать появления новых трещин за пределами отремонтированного участка;
дуга зажигается только в разделе кромок, что позволит избежать прижогов металла, из которого изготовлено все изделие, и сократит зачищаемые участки;
присадочную проволоку или пруток необходимо вести перед горелкой таким образом, чтобы они равномерно подавались в сварочную ванну;
движения сварочной горелки должны быть максимально плавными и поддерживать постоянное расстояние от вольфрамового электрода до сварочной ванны;
в зависимости от толщины деталей, подлежащих сварке, горелка может двигаться вдоль создаваемого шва различными способами: по прямой, если толщина деталей небольшая, либо зигзагообразно, если детали толстые. Если совершаются поперечные движения, это чревато увеличением глубины проплавления кромок и изменениями в формировании сварочного шва;
если происходит сварка тонкостенных деталей, то, чтобы избежать прожогов металла, необходимо швы выполнять короткими, а между ними делать перерывы по времени для остывания металла;
если детали собраны без зазора, возможно осуществлять сварку без использования проволоки или прутка. Однако в этом случае следует не перегревать металл, чтобы избежать проседания сварочной ванны вовнутрь;
в момент окончания сварки необходимо отводить горелку плавно, удлиняя сварочную дугу, что позволит сократить кратер шва;
если на аппарате имеется функция заваривания кратера шва, то возможно упрощение процесса окончания сварочных работ;
после завершения сварки необходимо на какое-то время (до тридцати секунд) сохранить подачу защитного газа. Это позволит сохранить остывающий шов в облаке газовой защиты и избежать попадания продуктов окружающего воздуха в расплавленный металл, что сохранит качество шва.

Химико-физические свойства и особенности меди, влияющие на сложность сваривания с нержавеющей сталью

Медь способна проводить тепло в шесть раз больше по сравнению с обычным железом. Из-за этого сварку необходимо производить с увеличенной тепловой энергией, а в некоторых случаях возможен даже предварительный подогрев основного металла.

В обычных условиях медь инертна, но в процессе нагревания она вступает в реакцию с кислородом, водородом, фосфором и серой. Кислород способен окислять медь при высокой температуре, а выше 900 о С скорость окисления значительно увеличивается. Это происходит из-за того, что в первоначальном составе меди содержится кислород в связанном состоянии. Закись меди образует эвтектику с меньшей температурой плавления (1065 о С). Температура плавления меди 1085 о С. Поэтому кислород, что содержится в ней, ухудшает ее положительные показатели.

Сложности сварки меди с нержавейкой

Наличие водорода и его выход в атмосферу имеет влияние на конечный результат сварки с нержавеющей сталью. Он может вызвать пористость меди и в дальнейшем образовать трещину в сварочном шве. Растворимость водорода зависит от температуры и парциального давления в атмосфере защитных газов. В процессе кристаллизации водород в меди растворяется в два раза быстрее, чем в другом железе.

В процессе сварки есть вероятность появления пористости в околошовной области из-за накапливания там водорода. Поэтому к свариваемому металлу предъявляют жесткие требования по содержанию в нем водорода. Электрошлаковый переплав и вакуумное плавление позволяют понизить содержание водорода в меди.

Сера в меди присутствует до 0,1%, растворяется в жидком виде, но нерастворима в твердой меди. На качество сваривания не имеет существенного влияния.

Из-за перечисленных выше свойств существуют определенные сложности сварки меди с нержавеющей сталью:

Разный химический состав. Водород и кислород, присутствующие в меди, может существенно снизить качество сварочного шва.
Разные коэффициенты теплопроводности (у нержавеющей стали он намного ниже).
Разный температурный режим плавления: нержавейка плавится при 1800 о С, а медь при 1085 о С, активно вступая в реакцию с атмосферными газами.
Коэффициент растворения меди в нержавейке имеет максимум 0,4%.
В процессе формирования сварочного шва между сталью и медью формируется резкая граница из-за перенасыщения вкраплений из стали.
Есть вероятность образования в стали слоя с микротрещинами, которые будут заполнены медью. Для избежания этого необходимо сварочную дугу немного перемещать на медную деталь: таким образом в область шва подается расплав меди.

Надежный и прочный сварной шов можно получить с помощью ручной аргонодуговой сварки. Наплавляя медный металл на нержавейку с использованием флюсов в сфере защитных газов, полученное соединение будет устойчиво к длительным статическим нагрузкам (не теряя своей пластичности). Перед началом сварки необходимо обработать кромки шва 10% раствором каустической соды.

Проще выполнить сваривание нержавейки с чистой медью, чем с дополнительными включениями. Встречается такой состав без примесей реже, поэтому выбор свариваемого способа и основная технология процесса сварки такая же, как и для других цветных металлов.

Основные способы сваривания меди с нержавейкой

Нержавейка и медь достаточно различны по своим составам, самый распространенный способ их сваривания – аргонодуговой. Также возможно применение электродуговой, совсем редко – ультразвуковой сварки.

Ручная аргонодуговая сварка

Данный тип сварки выполняется с повышенной силой сварочного тока, это вызвано высокой способностью меди к теплопроводности. В некоторых случаях допустимо применение стальной подкладки. Суть ручной аргонодуговой сварки – в образовании сварочного шва с помощью расплавления присадочного материала.

Использование газа аргона защищает сварочную ванну от негативного воздействия химических элементов атмосферы, таким образом убирается вероятность появления дефектов и брака в сварочном шве.

Для выполнения сварочных работ берутся неплавящиеся вольфрамовые электроды. Если вместо аргона используется другой газ (азот), то в этом случае необходимо применять графитовые электроды. Аргон на 38% тяжелее кислорода, что позволяет успешно вытеснять его из области сварки.

Аргонодуговая технология позволяет добиться содержания железа в сварочном шве до 10%. А если применить холодную сварку, то его содержание будет более 10%. Чтобы увеличить итоговую прочность шва, его дополнительно легируют с помощью цинка.

инвертор или другой источник питания, подходящий для аргонодуговой сварки;
вольфрамовые электроды;
аргон;
редуктор;
присадочный материал;
защитные элементы (сварочная маска, перчатки и т. д.).

Электродуговая технология сваривания

Этот универсальный способ сваривания можно применять и для сварки меди с нержавеющей сталью. Электродуговую сварку необходимо выполнять с помощью источника большого тока с невысоким напряжением. Технология электродугового метода одновременно позволяет произвести плавку металла электрода (или присадочного материала) и соединяемого металла, вследствие этого формируется сварочная ванна.

Между электродом и металлом возникает дуговой разряд. Расплавление происходит за счет локального распределения тепловой энергии дуги, образовывая сварочную ванну и защитный шлак.

источник питания;
плавящиеся или неплавящиеся электроды;
молоток, зубило;
металлическая щетка;
присадочный материал;
защитная одежда (маска, перчатки).

Ультразвуковая сварка

Данный вид сварки используется только в промышленных сферах. Сущность данного способа в преобразовании электрических колебаний в механические. Чаще используют для сваривания пластмассы, но возможно использование и для цветных металлов.

источник питания;
кронштейн для крепления;
система преобразования колебаний;
привод для увеличения силы давления.

Читайте также: