При монтаже конструкций или ремонте изделий из меди часто возникает необходимость в проведении сварочных работ. В то же время, благодаря уникальным свойствам меди, сварка этого металла значительно усложняется по сравнению со сваркой стали. Следовательно, не каждый сможет обеспечить надежное соединение. Тем не менее, овладев технологиями сварки меди и её сплавов, любой специалист сможет легко работать и с другими металлами.
Медная сварка: технология, виды, советы
О чём речь? Сварка меди позволяет создавать аккуратные и прочные соединения, что делает её востребованной в различных отраслях современной промышленности.
На что обратить внимание? Медь является отличным проводником как электричества, так и тепла. Она также обладает высокой устойчивостью к коррозии. Зная особенности сварки этого металла, сварщик сможет добиться качественных соединений изделий.
Из этого материала вы узнаете:
- Характеристики меди
- Технология сварки меди
- Основные виды сварки меди
- Ручная дуговая сварка с использованием электродов
- Газовая сварка медных изделий
- Сварка меди с помощью полуавтомата
- Аргонодуговая сварка меди
- Часто задаваемые вопросы о медной сварке
Характеристики меди
Процесс сварки медных изделий существенно зависит от содержания различных примесей в самой меди, включая такие элементы, как свинец и сера. Чем меньше эти элементы, тем легче и качественнее будет сварка. При работе с медью необходимо учитывать её уникальные физические и химические свойства.
- Высокая окисляемость меди может приводить к возникновению трещин и хрупких участков в области сварки, когда медь пересекается с кислородом при термической обработке.
- При плавлении меди происходит её взаимодействие с газами, что может стать причиной образования некачественного шва. Водород, реагируя с кислородом, образует воду, что увеличивает вероятность появления трещин, пор и ослабляет прочность соединения.
- Высокая теплопроводность меди требует использования мощных источников тепла, чтобы обеспечить интенсивный тепловой поток в области соединения. Быстрое рассеиваение температуры может негативно сказаться на качестве шва, что иногда приводит к образованию потоков, расслоений и других дефектов.
Кроме того, коэффициент линейного расширения меди также оказывает значительное влияние на свариваемость. Большая усадка этого металла при затвердевании может способствовать образованию горячих трещин.
- При повышении температуры меди свыше +190 °C её прочность и пластичность снижаются, что сводит к нулю возможность её дальнейшей обработки. У многих других металлов, наоборот, прочность уменьшается, в то время как пластичность увеличивается. Наименьшая пластичность меди наблюдается при нагреве в диапазоне +240 до +540 °C.
- Высокая текучесть меди затрудняет одностороннюю сварку без применения прокладок с обратной стороны.
Влияние легирующих элементов на свариваемость меди
Некоторые легирующие элементы имеют значительное влияние на процесс сварки меди и её сплавов. Содержание летучих, токсичных легирующих элементов часто влияет на свариваемость меди, что обуславливает необходимость использования эффективной вентиляции для защиты сварщика или оператора автоматических сварочных установок.
Цинк, содержащийся в латунях, уменьшая их свариваемость, пропорционален своему количеству в сплаве. При сварке медно-цинковых сплавов выделяются токсичные пары из-за низкой температуры кипения цинка.
Олово увеличивает риск появления горячих трещин при концентрации от 1% до 10%. Хотя олово менее токсично по сравнению с цинком, его окисление во время сварки может привести к образованию оксидов, которые снижают прочность сварного соединения.
Элементы, такие как бериллий, алюминий и никель, образуют оксиды, которые необходимо удалять перед сваркой. Защитный газ или флюс могут помочь предотвратить образование оксидов в ходе процесса сварки. Оксиды никеля мешают дуговой сварке меньше, чем оксиды бериллия и алюминия, что делает цинково-никелевые и медно-никелевые сплавы менее чувствительными к типу сварочного тока.
Кремний положительно влияет на свариваемость медно-кремниевых сплавов благодаря эффекту раскисления.
Кислород в сплавах меди может приводить к пористости и снижению прочности сварных швов, особенно в тех, где недостаточно фосфора или других раскислителей. Поскольку кислород может находиться в виде свободного газа или закиси меди, применение раскислителей, таких как фосфор, кремний, алюминий, железо или марганец является стандартной практикой.
Железо и марганец не значительно влияют на свариваемость сплавов, где они присутствуют. Железо обычно встречается в некоторых специальных латунях, алюминиевых бронзах и медно-никелевых сплавах в количествах от 1,4 до 3,5%, в то время как марганец обычно добавляется в меньших концентрациях.
Свинец, селен, теллур и сера добавляются в медные сплавы для повышения их обрабатываемости. Хотя эти легирующие элементы улучшают обрабатываемость, они также значительно влияют на восприимчивость к горячим трещинам, особенно свинец, который самый вредный из всех легирующих элементов.
Другие факторы, влияющие на свариваемость меди и её сплавов
Помимо легирующих элементов, другие факторы также влияют на свариваемость меди. К ним относятся теплопроводность сплава, защитный газ, тип сварочного тока, вид сварного соединения, положение сварки и состояние свариваемой поверхности.
Поведение меди и медных сплавов при сварке сильно зависит от их теплопроводности. Медь и сплавы с низким содержанием легирующих элементов имеют высокую теплопроводность, что требует правильного выбора сварочного тока и защитного газа для максимальной передачи тепла в сварный шов. Для изделий из медных сплавов с низкой теплопроводностью может потребоваться предварительный подогрев. Температуру подогрева следует подбирать в зависимости от особенностей материалов.
Из-за нестабильных характеристик меди и её сплавов процесс сварки зачастую осуществляется в нижнем положении. Однако в некоторых случаях горизонтальное положение подходит для выполнения тавровых и угловых швов с разделкой кромок.
Определенные медные сплавы, такие как медно-оловянные и медно-никелевые, подвержены образованию горячих трещин при затвердевании. Эта проблема возникает в диапазоне температур от ликвидуса до солидуса. Для минимизации горячих трещин важно обеспечить хорошую свободу перемещения заготовок во время сварки, а также применить предварительный подогрев, чтобы замедлить охлаждение и снизить величину сварочных напряжений.
Некоторые легирующие элементы, такие как цинк и кадмий, обладают низкой температурой кипения. В процессе сварки их испарение может привести к пористости шва. Для минимизации этого эффекта рекомендуется сварка с высокой скоростью и оптимальным выбором сварных соединений, чтобы уменьшить количество затрачиваемых присадочных материалов.
Перед сваркой необходимо удалить жиры и окислы с рабочей поверхности. Для этого идеально подойдет проволочная щетка. Смазка, краска и другие загрязнения на медно-никелевых сплавах могут привести к их охрупчиванию.
Подготовительный этап
Подобно обработке других металлов, поверхность медных заготовок требует тщательной очистки. Процесс включает несколько шагов: нанесение ацетона или другого растворителя на ветошь; удаление загрязнений, пыли и явно видимых примесей, таких как свинец или сера; удаление окисной пленки с помощью нержавеющей сетки или металлической щетки и отшлифовка до блеска. Если толщина заготовки составляет до 0,5 см, её прогревают до 200-300 градусов, а при толщине свыше 0,5 см — до 700 градусов; более крупные и толстые заготовки требуют длительного прогрева.
Теперь перейдём к известным методам сварки.
Сварка в режиме ММА (ручная дуговая)
Данная метода используется для работы с заготовками толщиной более 2 мм. В зависимости от размера заготовки подбираются параметры электрода и режим сварки. Например, для тонких листов (2-3 мм) используют электроды диаметром от 2 до 4 мм и ток в диапазоне от 100 до 160 А.
При этом начальную величину тока иногда приходится снижать, чтобы избежать перегрева и пробивания заготовки насквозь. Примеры подходящих изделий включают Комсомолец-100 и серию АНЦ/ОЗМ. Перед началом работы их обязательно следует прокалить. Использование покрытых электродов для сварки меди не всегда гарантирует идеальное качество шва, так как это зависит от производителя, соблюдения технологии, специфики прогрева и профессионализма сварщика. Таким образом, существуют более предпочтительные способы сварки.
Настройка аппарата для сварки меди аргоном
Качество сварки меди или её сплавов с использованием аргона во многом зависит от правильной настройки аппаратуры. Инвертор TIG настраивается в зависимости от толщины медных заготовок, причём обычно сварка производится постоянным током. Рекомендуемые параметры для настройки аппарата для сварки меди аргоном представлены в таблице.
| Толщина заготовок, мм | Сила тока, А | Подача газа, л/мин | Диаметр электрода, мм |
|---|---|---|---|
| 1,0 | 50-70 | 7-8 | 1,6-2,0 |
| 1,5 | 60-80 | 7-8,5 | 2,4 |
| 2,5 | 90-110 | 8-10 | 2,4-3,2 |
| 3,0 | 120-140 | 9-11 | 3,2 |
Обязательной является предварительная продувка защитным газом в течение 0,5 секунд, чтобы вытеснить воздух из зоны дуги. В противном случае медь будет быстро кипеть, что приведет к образованию пор. Важно правильно установить напряжение, увеличив его на 15-20% относительно стартового тока, чтобы избежать дефектов в начале шва. Спад тока в конце должен составлять 10-15%, что позволит аккуратно заварить кратер и избежать свищей. Для стабильной кристаллизации сварочной ванны постпродувка осуществляется на протяжении 5-7 секунд, что помогает охладить шов.
Какие аппараты подойдут для сварки меди
Если медь предварительно очищена от окисной пленки, работу можно осуществлять с помощью обычного TIG-инвертора на постоянном токе. Характеристики аппарата подбираются в зависимости от максимальной толщины заготовок. Для сварки медных трубок теплообменников, приварки резьбы или тонкостенных листов подойдет бытовой инвертор TIG на 200 А. Хорошим недорогим вариантом является БАРСВЕЛД Profi TIG-207 D. Также можно рассмотреть инвертор для сварки меди – REAL TIG 200 Сварог. Оба аппарата имеют максимальную силу тока 200 А, что позволяет работать с медными деталями сечением до 5-6 мм.
Если работа предполагает частую сварку с толстыми стенками (от 7 до 10 мм), целесообразно приобретение сварочного аппарата Сварог TIG 315 P TECH E103 AC/DC, который выдает до 315 А. Однако для его использования потребуется подключение к сети 380 V. Предложением хорошего соотношения цена-качество является БАРСВЕЛД Profi TIG-317 DP AC/DC с мощностью 315 А и цифровым управлением.
В случае, если предстоит выполнять большие объёмы работ по сварке меди без тщательной зачистки краёв (например, из-за нехватки времени и рабочего персонала), можно воспользоваться сварочным аппаратом с импульсным режимом, таким как Аврора Система 200 AC/DC ПУЛЬС, который использует переменный ток. В начале процесса подача повышенной силы тока помогает пробить окисную пленку.
После этого амперы автоматически снижаются до заданного значения, чтобы сварщику было удобно выполнять работу с медью. При этом необходимо выбрать прямую полярность, где положительный (+) вывод на изделии, а отрицательный (-) на горелке. Это создаёт поток электронов от электрода к заготовкам, обеспечивая узкие швы с глубоким проплавлением. Прямая полярность позволяет вести работу на более низкой силе тока, что предохраняет медные изделия от перегрева.
Аргонодуговой аппарат БАРСВЕЛД Profi TIG-217 DP AC/DC (220 В)
Аргонодуговой аппарат БАРСВЕЛД Profi TIG-207 DP
Подготовка деталей к сварке
Независимо от выбранного способа, медные заготовки должны быть очищены от грязи и обезжирены. Удаление окисной пленки осуществляется с помощью металлической щетки или мелкозернистой наждачной бумаги с осторожными движениями, чтобы избежать глубоких царапин. Лучше всего завершить очистку травлением деталей и проволоки в растворе азотной, соляной или серной кислоты. После этого детали следует промыть проточной водой и высушить горячим воздухом.
С кромок заготовок толщиной 0,6 — 1,2 см срезаются фаски, образуя угол 60 — 70⁰. При сварке с обеих сторон это значение уменьшается до 50⁰. Для деталей толщиной более 12 мм кромки разделываются в форме буквы «Х» для обеспечения двухстороннего соединения. В случае выполнения глубокого V-образного разделения потребуется больше расходных материалов и времени, так как сварка медной заготовки получится шире.
Чтобы избежать деформации при усадке, между деталями оставляют зазор в 0,5 — 2 мм в зависимости от толщины. Для поддержания постоянной ширины зазора по длине шва детали прихватываются с интервалом 30 см. При доведении шва до временного соединения его следует аккуратно сбить молотком, иначе на этом участке могут образоваться дефекты.
Чтобы предотвратить протекаемость меди на обратной стороне, под стык подкладываются пластины из стали или графита шириной 4 — 5 см. Для компенсации температурного расширения детали предварительно нагреваются до 300 — 400⁰C. При выполнении работ на открытом воздухе потребуется установка переносных экранов для защиты от ветра.
Способы сварки меди
Негативные свойства меди, которые могут затруднять сварку, обходят с помощью различных методов, используя специальные расходные материалы и оборудование. Не все методы доступны для использования в домашних условиях, однако некоторые из них вполне применимы.
Сварка меди аргоном
Этот способ позволяет выполнять сварку меди как полуавтоматом, так и ручным аргонодуговым методом. В данном случае используется постоянный ток прямой полярности. Сила тока выбирается исходя из того, что на каждый миллиметр толщины необходимо 100 А. Это значение может корректироваться в процессе работы в зависимости от конкретных характеристик металла. При сварке меди аргоном расход газа не должен превышать 10 л/мин.
В качестве присадочной проволоки можно использовать очищенные от изоляции и лака медные провода или жилы кабеля. Она подается по своему диаметру за пределы сварочной ванны, чтобы при плавлении металл не прилипал к электроду. Для заготовок толщиной менее 0,5 см предварительный подогрев обычно не требуется.
На практике наиболее часто сварку проводят с использованием угольных электродов, так как вольфрамовые требуют частой замены. Заготовки толщиной более 1,5 см обычно соединяют графитовыми электродами. Допустимый вылет электрода составляет не более 7 мм, а длина дуги — 3 мм. В отличие от других методов, сварка меди аргоном позволяет качественно соединять вертикальные швы.
Газовая сварка
Для этой технологии не требуется сложное оборудование, как для аргонодуговой сварки. Достаточно наличия горелки и баллона с ацетиленом. Для нормального протекания процесса необходимо расходовать 150 л/час газа для заготовок толщиной до 10 мм, и более 200 л/час для более толстых. Для замедления охлаждения заготовок с обеих сторон их обкладывают листовым асбестом. Диаметр присадочной проволоки подбирается равным 0,6 толщины металла, но не более 8 мм.
При проведении газовой сварки меди пламя должно быть направлено перпендикулярно к стыку. При этом важно следить за тем, чтобы проволока плавилась раньше основного металла. Для уменьшения риска появления горячих трещин работу следует выполнять без остановок. Завершенный стык необходимо проковать без нагрева, если детали толщиной менее 5 мм, или при температуре 250°C, если они более толстые. Затем следует провести отжиг при 500°C и быстро охлаждение водой.
Ручная дуговая сварка
Этот метод подходит для соединения заготовок толщиной более 2 мм с использованием плавящихся электродов и постоянного тока обратной полярности. Процесс сварки ненамного отличается от работы с углеродной сталью, однако важно вести электрод без поперечных колебаний и поддерживать короткую дугу. Шов формируется возвратно-поступательными движениями.
Для сварки меди в домашних условиях лучше всего подходят электроды марки АНЦ-1, что позволяет соединять металл толщиной до 15 мм без предварительного нагрева. Аналогичными характеристиками обладают марки EC и EG, произведенные в Польше. При ремонте труб с горячим носителем стоит учитывать, что тепло и проводимость швов, выполненных таким способом, в 5 раз ниже, чем у меди.
Сила тока и диаметр электрода в зависимости от толщины деталей могут быть представлены в виде таблицы:
Толщина меди, мм
Диаметр электрода, мм
Значение тока, А
