Svařování mědi a jejích slitin: metody, technologie a zařízení

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Měď a její slitiny se používají v různých odvětvích hospodářství. Tento kov je žádaný kvůli svým fyzikálně-chemickým vlastnostem, které navíc komplikují zpracování jeho struktury. Zejména svařování mědi vyžaduje zvláštní podmínky, i když je tento proces založen na poměrně běžných technologiích tepelného zpracování.

Specifické svařování měděných polotovarů

Na rozdíl od mnoha jiných kovů a slitin se měděné výrobky vyznačují vysokou tepelnou vodivostí, což vyžaduje zvýšení tepelného výkonu svařovacího oblouku. Zároveň je vyžadován symetrický odvod tepla z pracovního prostoru, což minimalizuje riziko defektů. Další nevýhodou mědi je tekutost. Tato vlastnost se stává překážkou při vytváření stropních a vertikálních švů. U velkých svarových lázní nejsou takové operace vůbec možné. I malé objemy prací vyžadují organizaci speciálních podmínek s použitím omezujících vložek na bázi grafitua azbest.

Tendence kovu oxidovat také vyžaduje použití speciálních přísad, jako jsou gely křemíku, manganu a fosforu v některých režimech s tvorbou žáruvzdorných oxidů. Mezi vlastnosti svařování mědi patří absorpce plynů - například vodíku a kyslíku. Pokud nezvolíte optimální režim tepelné expozice, pak se šev ukáže jako nekvalitní. Velké póry a praskliny zůstanou v její struktuře díky aktivní interakci s plynem.

Interakce mědi s nečistotami

Je nutné vzít v úvahu povahu interakce mědi s různými nečistotami a chemickými prvky obecně z toho důvodu, že při procesu svařování tohoto kovu se často používají elektrody a dráty z různých materiálů. Například hliník se může rozpouštět v tavenině mědi, což zvyšuje jeho antikorozní vlastnosti a snižuje oxidovatelnost. Beryllium – zvyšuje mechanickou odolnost, ale snižuje elektrickou vodivost. Konkrétní vlivy však budou záviset i na charakteru ochranného prostředí a teplotním režimu. Svařování mědi při 1050 °C tedy usnadní vstup železné složky do struktury obrobku s koeficientem asi 3,5 %. Ale v režimu asi 650 ° C se toto číslo sníží na 0,15%. Železo jako takové přitom prudce snižuje korozní odolnost, elektrickou a tepelnou vodivost mědi, ale zvyšuje její pevnost. Z kovů, které neovlivňují takové obrobky, lze rozlišit olovo a stříbro.

Základní metody svařování mědi

Všechny běžné metody svařování, včetně ručního a automatického, jsou povoleny v různých konfiguracích. Volba jedné nebo druhé metody je určena požadavky na spojení a vlastnostmi obrobku. Mezi nejproduktivnější procesy patří elektrostruskové svařování a svařování pod tavidlem. Pokud se plánuje získat vysoce kvalitní šev v jedné operaci, pak je vhodné obrátit se na technologii plynu. Tento přístup ke svařování mědi a jejích slitin při nízkých teplotních gradientech vytváří příznivé podmínky pro dezoxidaci a legování obrobku. Díky tomu je šev pozitivně upraven a odolný. Pro čistou měď lze použít techniky obloukového svařování s wolframovými elektrodami a ochrannými plyny. Nejčastěji však pracují s deriváty mědi.

Jaké vybavení se používá?

Předběžné měděné výrobky lze zpracovávat na soustružnických, bruskách a frézkách za účelem vytvoření rozměrových polotovarů pro svařování. V průmyslu se také používá technika řezání plazmovým obloukem, která umožňuje řezání s téměř dokonalými řeznými hranami. Přímé svařování mědi se provádí argonovými obloukovými instalacemi, poloautomatickými zařízeními a také invertorovými zařízeními. Proudová síla zařízení se může lišit od 120 do 240 A v závislosti na velikosti obrobku. Tloušťka elektrod je obvykle 2,5-4 mm - opět záleží na složitosti a objemu práce.

Svařování měď-argon

Jedna z nejoblíbenějších metod. Využívá se zejména zmiňovaná technika argonového obloukového svařování, která zahrnuje použití wolframových elektrod. Během zahřívání měď interaguje s kyslíkem a vytváří na povrchu obrobku povlak oxidu uhličitého. V této fázi se obrobek stává ohebným a vyžaduje připojení nekonzumovatelné elektrody. Například tyče značky MMZ-2 poskytují optimální kvalitu svaru při svařování mědi s argonem ochrannými médii. Pokud není nastaven úkol silného průniku obrobku, lze použít odlehčenou verzi svařování v dusíkovém prostředí. Jedná se o dobrý způsob tepelného působení při nízkém napětí, ale ještě většího efektu z hlediska kvality svaru lze dosáhnout použitím kombinovaných plynů. Zkušení svářeči například často používají směsi, které obsahují 75 % argonu.

Svařování plynem

V tomto případě je použito kyslíko-acetylenové médium, díky kterému se výrazně zvýší teplota plamene. V pracovním procesu se používá plynový hořák. Tento stroj je dobrý svým výkonem, ale jeho omezené možnosti nastavení neumožňují doladit parametry svarové lázně.

Často používaná i metoda dělené tepelné expozice s připojením dvou hořáků. Jeden slouží k zahřátí pracovní oblasti a druhý - přímo pro svařování cílového obrobku plynem. Tento přístup se doporučuje pro silné plechy 10 mm. Pokud není druhý hořák,pak můžete provést oboustranný ohřev podél linie budoucího švu. Efekt není tak kvalitní, ale hlavní úkol je realizován.

Umožňuje techniku svařování plynem a vstřikování tavidla pro získání čisté struktury spoje. Zejména se používají plynné toky, jako jsou azeotropické roztoky methyletheru boru s methylem. Aktivní páry takových směsí jsou posílány do hořáku, čímž se mění charakteristiky svarové lázně. Plamen v tomto bodě získá nazelenalý odstín.

Vlastnosti svařování uhlíkovou elektrodou

Metoda obloukového svařování, která je optimální pro slitiny mědi. Jeho hlavním rozlišovacím znakem lze nazvat ergonomii a všestrannost - alespoň ve všem, co souvisí s mechanikou provádění fyzických akcí operátorem. Například svářeč může provádět manipulace přímo ve vzduchu s použitím minimální sady pomocných ochranných prostředků. To je způsobeno skutečností, že uhlíkové elektrody během procesu ohřevu vydávají dostatečné množství tepelné energie, na které je navařena měď s nízkým výkonem. Proces se ukáže jako neefektivní, ale spojení získá všechny potřebné mechanické vlastnosti.

Ruční obloukové svařování

Technologie této metody svařování zahrnuje použití obalených elektrod. To znamená, že spojení získá slušné pevnostní charakteristiky, ale složení struktury produktu se nakonec bude lišit od primárního obrobku. Konkrétní modifikační parametry jsou určeny vlastnostmi legujících dezoxidačních činidel,které jsou přítomny v povlaku elektrody. V aktivní kompozici lze použít například složky jako nízkouhlíkový feromangan, kazivec, hliníkový prášek atd. Tato technologie svařování mědí a nezávislá výroba povlaků umožňuje. Obvykle se k tomu používá suchá směs, která se hněte v tekutém skle. Takový povlak činí šev hustším, ale elektrická vodivost struktury je výrazně snížena. Obecný proces svařování obalenými elektrodami se vyznačuje vysokým rozstřikem, který je pro měď nežádoucí.

Svařování pod tavidlem

Samotné tavidlo pro svařování s mědí je potřeba jako stabilizátor oblouku a hlavně jako ochranná bariéra proti negativním vlivům atmosférického vzduchu. Proces je organizován pomocí netavitelných grafitových nebo uhlíkových elektrod a také pomocí spotřebních tyčí pod keramickým tavidlem. Pokud jsou použity uhlíkové přídavné materiály, pak jsou elektrody pro svařování mědi ostřeny tak, aby vytvořily plochý hrot ve tvaru špachtle. Výplňový materiál z tombaku nebo mosazi je také dodáván do pracovní oblasti z boku - to je nutné pro dezoxidaci struktury švu.

Operace se provádí na stejnosměrný proud s ohřevem. Několik ochranných bariér udržuje základní strukturu obrobku, ačkoli zkušení svářeči se nejčastěji snaží zlepšit složení materiálu pomocí legovaného drátu. Opět, aby se zabránilo nežádoucím tokům taveniny, doporučuje se nejprve poskytnout grafitový substrát,který bude zároveň fungovat jako forma pro tavidlo. Optimální provozní teplota pro tuto metodu je 300–400 °C.

Guarded Arc Welding

Svařovací akce s připojením invertorů a dalších poloautomatických zařízení se provádějí v plynných médiích s posuvem drátu. V tomto případě lze kromě argonu a dusíku použít helium a také různé kombinace směsí plynů. Mezi výhody této techniky patří možnost efektivního pronikání tlustých obrobků s vysokým stupněm zachování mechanických vlastností obrobku.

Výkonný tepelný efekt je vysvětlen vysoce účinnými toky plazmy v hořícím plynném médiu, ale tyto parametry budou také určeny charakteristikami konkrétního modelu invertoru. Současně je technika argonového obloukového svařování mědi výhodnější ve vztahu k obrobkům o tloušťce 1-2 mm. Co se týče ochranné funkce plynného média, nelze se na ni zcela spolehnout. Přetrvává riziko oxidů, pórovitosti a negativních účinků přísad z drátu. Na druhou stranu argonové prostředí účinně chrání obrobek před vystavením kyslíku ve vzduchu.

Závěr

Měď má mnoho vlastností, které ji odlišují od ostatních kovů. Ale i v rámci obecné skupiny jeho slitin existuje mnoho rozdílů, které v každém případě vyžadují hledání individuálního přístupu k výběru optimální technologie pro vytvoření švu. Například svařování plynem je vhodné v případech, kdy potřebujete získat pevné spojení ve velkém obrobku. Nicméně nováčcitato metoda se nedoporučuje z důvodu vysokých bezpečnostních požadavků při práci s hořáky a plynovými lahvemi. Vysoce přesné maloformátové svařovací operace jsou svěřeny pohodlným a produktivním poloautomatickým strojům. S takovým zařízením může manipulovat i nezkušený operátor, který má plně pod kontrolou parametry pracovního postupu. Nezapomeňte na význam plynných médií. Lze je použít nejen jako izolant obrobku při svařování, ale také jako způsob, jak zlepšit některé technické a fyzikální vlastnosti materiálu. Totéž platí pro elektrody, které mohou přispět k pozitivnímu legujícímu efektu.