Ручная дуговая сварка меди

Обновлено: 04.10.2024

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.

Электроды для сварки меди

Медь и сплавы, в которых она является основой, - достаточно проблематичные материалы, когда заходит речь об их сварке. Трудности могут появиться вследствие того, что существует большая вероятность возникновения такого дефекта, как поры. Это объясняется высокой степенью активности меди при взаимодействии с газами, в частности кислородом и водородом.

Применяемые электроды

Из всего многообразия электродов по меди следует делать выбор в зависимости от способов сварки. Также учитывается толщина свариваемых изделий.

Комсомолец-100

Это наиболее часто применяемый вид электродов для работы с технически чистыми марками меди ручным дуговым способом. При работе с ними следует выбирать постоянный ток и устанавливать обратную полярность. Сварка производится с предварительным нагревом деталей.

Стержень Комсомольца-100 выполнен из проволоки марки М1, а покрытие называется специальным. Размер поперечных сечений - 3,0; 4,0; 5,0 миллиметров. При увеличении размера увеличивают значение величины тока.

Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,6 килограмма электродов. Основу химического состава электродов Комсомолец-100 составляет медь. Также в незначительных количествах там присутствуют такие элементы, как марганец, кремний и железо.

Медные электроды марки Комсомолец-100 используют для сварки в нижнем и вертикальном положении шва. Могут быть использованы также для соединения медных изделий с выполненными из стали.

ОЗБ-2М

Медные электроды для сварки меди и соединений на ее основе ОЗБ-2М имеют основное покрытие. Основу стержня электродов составляет медь. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,4 килограмма электродов. При установлении режима выбирается постоянный ток, а полярность выставляется обратной. ОЗБ-2М выпускаются диаметрами 3,0 и 4,0 миллиметров.

К преимуществу относится возможность осуществлять сварку в различных положениях - нижнем, наклонном, горизонтальном. При вертикальном положении шва выбираются движения электрода из нижнего положения наверх. Полученный шов обладает высокой износоустойчивостью.

Такие медные электроды для контактной сварки помогут осуществить наплавку в нижнем положении при использовании постоянного тока и выставлении полярности обратного типа. Имеют специальное покрытие. Основу стержня электродов составляет медь. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,8 килограмма электродов.

Прокалка перед сваркой должна составлять два часа. ОЗБ-3 выпускаются диаметрами 4,0 и 5,0 миллиметров. Сварочный процесс должен осуществляться только в нижнем положении. Такой вид электродов также может использоваться для работ с бронзовыми изделиями.

АНЦ/ОЗМ-2

Специфика этих электродов заключается в том, что их можно использовать исключительно для сварки изделий из чистой меди без примесей. Содержание кислорода не должно превышать одну сотую процента.

Вид покрытия - специальный. Применяются при сварке внизу, а также под наклоном. Для сварки одного кило меди потребуется 1,5 килограмма расходняков. Детали небольшой толщины допустимо предварительно не нагревать. Ток должен быть постоянным. Полярность выставляется обратной. Размеры поперечных сечений - 4,0; 5,0; 6,0 миллиметров.

Прокалка перед сваркой должна составлять полтора часа. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,6 килограмма этих расходняков.

АНЦ/ОЗМ-3

Так же, как и предыдущий вид электродов, используется для сварки чисто медных изделий с содержанием кислорода не более 0,01%. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,8 килограмма электродов. Значения поперечных сечений - 4,0 и 5,0 миллиметров.

АНЦ/ОЗМ-3 во время процесса сварки должны совершать небольшие колебательные движения поперек направления шва. Если свариваются детали толщиной менее десяти миллиметров, то предварительный нагрев не требуется. Обязательное прокаливание займет два часа.

Сварка проводов из меди

С помощью медно-графитового электрода можно соединять провода из меди. Электрод для сварки медных проводов внутри имеет стержень из графита. Отличительная особенность таких электродов состоит в том, что они не плавятся при сварочном процессе. Сварной шов на медных проводах обладает стойкостью к коррозии и действию повышенной температуры.

Правильное использование

Недостаточно грамотно выбрать электроды для меди, следует разобраться в правилах их использования. Чтобы шов соответствовал всем требованиям, необходимо учитывать свойства меди.

Медь обладает такой характеристикой, как текучесть. Сразу после начала процесса плавления исчезает ее твердая форма. Кроме этого меди свойственна повышенная теплопроводность. Тепло через медь проходит гораздо быстрее, чем через другие металлы, что может привести к образованию прожогов.

Также следует учитывать, что вследствие существенно повышенной активности при взаимодействии с газами возможно образование пор и даже горячих трещин.

Поэтому так важен установленный правильно режим сваривания и проведение подготовительных работ. Перед началом сварочного процесса необходима закалка электродов не менее одного часа. Также следует подготовить свариваемые детали: очистить их от загрязнений, следов краски и масел, и разделать их кромки.

При работе электроды для пайки меди следует водить со средней скоростью. Формирование шва должно происходить равномерно, чтобы исключить прожоги, наплывы и непровары. Силу тока устанавливают на 10% меньше, чем обычно.

Правильное использование включает в себя регулярную заточку медных электродов. Инструмент для заточки медных электродов предназначается для того, чтобы зачищать контактную поверхность электродов от нагара.

Интересное видео

Технология сварки меди

Высокая теплопроводность меди (в 6 раз выше, чем у железа) требует применять сварочную дугу с увеличенной тепловой мощностью и симметричным отводом тепла из зоны сварки. Рекомендуемые типы сварных соединений - стыковые и схожие с ними по характеру теплоотвода.

Большая жидкотекучесть меди (в 2-2,5 раза выше ,чем устали) осложняет сварку вертикальных и потолочных швов. Она возможна лишь при минимальных размерах сварочной ванны и коротком времени пребывания металла в жидком состоянии. При сварке стыковых соединений в нижнем положении с гарантированным проплавлением во избежание прожогов необходимо применять подкладки из графита, сухого асбеста, флюсовых подушек и т.н.

Активная способность поглощать при расплавлении газы (кислород и водород), приводящая к пористости шва и горячим трещинам, требует надежной защиты металла шва и сварочных материалов от загрязнений вредными примесями.

Из-за склонности меди к окислению с образованием тугоплавких окислов необходимо применять присадочный материал с раскисли гелями, главные из которых фосфор, кремний и марганец.

Большой коэффициент линейного расширения меди (в 1,5 раза выше, чем у стали) влечет за собой значительные деформации и напряжения, образование горячих трещин. Устранить их можно за счет предварительного подогрева конструкций: из меди до 250-300°С, из бронзы до 500-600°С

Подготовка к сварке

Медь или ее сплавы разрезают на мерные заготовки шлифовальной машиной, труборезами, на токарных и фрезерных станках, а также плазменно-дуговой резкой. Кромки под сварку подготавливают механическими способами. Свариваемые детали и присадочную проволоку очищают от окислов и загрязнений до металлического блеска и обезжиривают. Кромки обрабатывают мелкой наждачной бумагой, металлическими щетками и т.д. Использовать абразивы с крупным зерном не рекомендуется. Возможно травление кромок и проволоки в растворе кислот:

75 см 3 на 1 л воды азотной;

100 см 3 на 1 л воды серной;

1 см 3 на 1 л воды соляной

с последующей промывкой в воде и щелочи и сушкой горячим воздухом. Конструкции с толщиной стенки 10-15 мм предварительно подогревают газовым пламенем, рассредоточенной дугой и другими способами. Сборку стыков деталей под сварку ведут либо в приспособлениях, либо с помощью прихваток. Зазор между стыкуемыми заготовками соблюдают одинаковым на всем протяжении. Прихватки должны быть минимального сечения, чтобы в процессе сварки их можно было переплавить. Поверхность прихваток необходимо очистить и убедиться в отсутствии поверхностных горячих трещин.

Если сварка ведется в нижнем положении, то для улучшения теплоотвода используют специальные приспособления из графита или меди

При сварке на открьтом воздухе стык обустраивают съемными экранами

1 - поток газа; 2 - шов; 3 - экран.

Выбор параметров режима

Сварку ведут на постоянном гоке прямой полярности. Сварочный ток (А) ориентировочно определяют по формуле:

Iсв=100?S,

где S - толщина металла, мм

Защитными газами могут быть аргон, гелий, азот и их смеси. Длина дуги в аргоне и гелии должна быть не более 3 мм. В азоте ее увеличивают до 12 мм. Поэтому возрастают напряжение на дуге и ее мощность (в 3-4 раза) но сравнению со сваркой в аргоне. В гелии же мощность дуги по сравнению со сваркой в аргоне повышается вдвое.

Расход защитного газа:

Скорость сварки выбирают из условий формирования шва с нужной геометрией. Конструкции толщиной 4-6 мм сваривают без предварительного подогрева в аргоне, а до 6-8 мм - в гелии и азоте. Для сварки металла большей толщины требуется предварительный подогрев от 200 до 300°С.

Техника сварки

Сварку в аргоне ведуг "углом вперед" при выпуске электрода 5-7мм. В качестве присадочной проволоки используют:

раскисленную медь
медно-никелевый сплав МНЖКТ-5-1-0,2-0,2
бронзы БрКМц 3-1, Бр ОЦ 4-3
специальные сплавы с эффективными раскислителями.

Для повышения стойкости металла шва против горячих трещин применяют сварочные проволоки:

Чтобы расплавленный металл не попал на конец W-электрода, присадочную проволоку вводят не в столб дуги, а подают к краю сварочной ванны и несколько сбоку

Технологии сварки меди

Медь обладает высокой стойкостью к коррозии. Благодаря этому качеству она широко применяется в производстве электроники и техники, а также в машиностроении. То есть она требуется в областях, в которых требуются металлы с высокой устойчивостью к возникновению коррозии. Это довольно обширные сферы, требующие создание элементов с прочными сварными швами. Высокий спрос формирует постоянное усовершенствование технологии сварки цветных металлов в целом и меди, и её сплавов в частности. Улучшение технологии двигается как в сторону увеличения качества шва, так и уменьшение стоимости способа.

Чаще всего обработке подвергаются листы и трубный прокат из меди. Если говорить в общем, то медные элементы не свариваются каким-либо специализированным одним способом. Допускается применение всех стандартных вариантов, которые подходят и для других металлоизделий. Исключением является контактная сварка, она используется нечасто и в ограниченном спектре случаев.

Ручная дуговая сварка меди металлическими электродами

Этот вариант имеет техническое превосходство над газовой сваркой медных изделий, кроме того, этот способ выгоднее остальных. Это касается не только меди, но и стали и её сплавов. Его можно назвать высокопроизводительным, так как работа электродными стержнями значительно быстрее, чем любой другой вариант.

Дуговая сварка может быть выполнена вручную, в защитной газовой среде или автоматом под флюсом. Сначала рассмотрим первый вариант.

Подготовка места

При толщине металлической детали от 6 до 12 мм рекомендовано делать V-образную разделку под будущий шов. Общий угол раскрытия кромок может быть в пределах от 60 до 70 градусов. Если с обратной стороны будет располагаться дополнительный шов, то допускается уменьшение угла до 50 градусов.

Перед сваркой можно предварительно раздвинуть листы или не раздвигать. В первом случае необходимое расстояние между элементами должно быть в пределах 2-2.5% от глубины будущего шва. Во втором случае рекомендуется электродом меньшего диаметра сделать прихваты. Они не позволят элементам разойтись в стороны и сформировать неправильный зазор. Эти мелкие швы должны быть примерно по 3 см на расстоянии 30 см друг от друга. Зазор между краями должен быть не менее 2-4 мм, без него возникнет перегрев, который в дальнейшем приведет к горячим трещинам.

Не завывайте, что повторное нагревание медных элементов приводит к формированию пор. При приближении к прихватам их нужно удалять, а поверхность металла тщательно зачищать и обезжиривать.

Если толщина меди превышает 12 мм, то используется двусторонняя сварка и разделка кромки в виде буквы «Х». Если возможность выполнить подобную разделку отсутствует, то можно использовать V-образную. Однако последняя значительно увеличит время работы и расход электродов.

В случае использования X-образной раскройки, прихваты формируют на обратной стороне первого шва. Перед навариванием второго шва стежки также удаляют и зачищают.

При обработке медных изделий без формирования кромок вообще, а также с раскройкой в форме буквы «V», требуется использование подкладок. Они помогают отвести лишнее тепло и предотвращают перегрев детали. Они должны быть плотно прижаты к месту стыка. Допускается использование флюсовых подушек. Подкладки могут быть из меди, графита или стали. Ширина допускается от 4 до 5 см.

Непосредственно перед началом сварочных работ нужно подогреть стыки до 300-400 градусов Цельсия. Способ нагревания определяется исходя из размеров самой конструкции и толщины стенки металла. Чем толще кромки, тем выше будет температура подогрева.

Электроды для дуговой сварки меди и покрытия для них

Для использования в этом варианте работ подходят электроды со специальным покрытием. Выполнение сварочных работ обычным видом без покрытия не допускается, так как происходит окисление поверхности, и в шве появляются поры. В качестве стержня должна быть проволока из меди (с легированием или без него) или бронзы.

Благодаря своему химическому составу такие электроды раскисляют шов и легируют его фосфором, кремнием или марганцем. Вид самого покрытия выбирается так, чтобы при обработке металла была стабильная дуга, образовывались шлаки и происходило раскисление. Правильно подобранный материал значительно улучшает качества самой сварки.

Режим ручной дуговой сварки меди

При работе стоит использовать только постоянный ток обратной полярности. Осуществление сварки переменным током не позволяет добиться стабильной дуги. Такой вид тока может быть применен только при наличии железа в покрытии стержня и увеличении силы тока на 40-50% от первоначального. Однако высока вероятность появления брызг от металла электрода. Эти брызги тяжело счистить при застывании, кроме того они вступают в реакцию с кислородом и покрываются оксидной пленкой, вследствие чего их практически невозможно вплавить в шов. Ниже можно ознакомиться с режимами сварки:

Технология сварки меди и ее сплавов

Медь и сплавы на ее основе - бронзы, латуни, медно-никелевые сплавы качественно свариваются способом MIG/MAG в инертных газах.

Трудности при сварке

Высокая теплопроводность меди (в 6 раз выше, чем у железа) осложняет сварку соединений с несимметричным теплоотводом;

Большая жидкотекучесть (в 2--2,5 раза выше, чем у стали) затрудняет сварку вертикальных и потолочных швов;

Интенсивное окисление с образованием закиси меди (Cu₂О), хорошо растворяемой в расплавленном металле, приводит к образованию трещин;

Активная способность меди поглощать газы (кислород и водород) при расплавлении приводит к пористости шва и горячим трешинам

Большой коэффициент линейного расширения меди (в 1,5 раза выше чем у стали) влечет та собой значительные деформации и напряжения

Разделку меди и ее сплавов на мерные заготовки можно выполнять шлифовальной машинкой, труборезом, на токарном или фрезерном станке, а также плазменно-дуговой резкой.

Кромки под сварку подготавливают механическим способом. Для меди толщиной 6-18 мм рекомендуются V- и X-образные разделки.

Свариваемые детали и присадочную проволоку очищают от окислов и загрязнений до металлического блеска и обезжиривают. Механическую зачистку кромок выполняют наждачной бумагой, металлическими щетками и т.д. Использовать наждачную бумагу и абразивный камень с крупным зерном не рекомендуется.

Главное при сварке меди - защита сварочной ванны от кислорода. Она достигается при помощи раскисления фосфором, алюминием и серебром. Поэтому следует использовать электродную проволоку, легированную этими раскислителями.

Свариваемые кромки и присадочную проволоку можно очищать травлением в растворе, состоящем из:

с последующей промывкой в воде и щелочи и сушкой горячим воздухом.

Предварительный подогрев конструкций с толщиной стенки 10-15 мм возможен газовым пламенем, рассредоточенной дугой или другими способами.

Сборку стыков под сварку ведут либо в приспособлениях, либо с помощью прихваток. Зазор в стыкуемых заготовках соблюдают одинаковым на всем протяжении. Прихватки должны быть минимального сечения, чтобы в процессе сварки их можно было переплавить. Поверхность прихваток необходимо очистить и осмотреть, чтобы на них не было горячих трещин. При сварке в нижнем положении используют графитовые подкладки или медные пластины, охлаждаемые водой.

Выбор параметров режима сварки

Плавящимся электродом в защитных газах эффективнее всего сваривать медь толщиной не менее 6-8 мм. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности.

Медь хорошо сваривается плавящимся электродом в аргоне, азоте, в смеси аргона с азотом и в гелии. Из-за высокой теплопроводности меди для получения надежного провара в начале сварки и хорошего сплавления кромок детали подогревают до 200-500°С. При сварке в аргоне подогрев необходим при толщине металла более 4,5 мм, а в азоте - более 8 мм

Одним из важнейших параметров режима сварки меди плавящимся электродом является длина дуги. Шов качественно формируется при длине дуги 4-5 мм.

Стыковые соединения сваривают на подкладных элементах. Импульсно-дуговая сварка (ИДС) в аргоне дает возможность выполнять вертикальные и потолочные швы, позволяет сваривать тонкий металл. При сварке в азоте процесс идет с короткими замыканиями (КЗ) с повышенным разбрызгиванием или крупнокапельным переносом (КР)

Читайте также: