Основні відмінності зварювання міді від зварювання сталі та інших металів
Створення нероз'ємних з'єднань металевих деталей методом зварювання реалізується шляхом утворення зв'язків на міжатомному рівні між частинами цих деталей, що з'єднуються, при спільному впливі нагріву і пластичного деформування (стиснення) в зоні зварного контакту. Але там, де для зварювання сталевих матеріалів спрацьовує ця технологічна формула, тобто «нагрій, розплав, притисни, дай охолонути шву і прибери з нього шлаки», для зварювання міді такий простий підхід неможливий.
Істотна відмінність теплофізичних властивостей міді від параметрів стали внесла свої корективи і технології зварювання, що враховують нюанси поведінки міді в розплавленому стані:
- Розплавлена мідь є дуже плинною речовиною, що негативно позначається при виконанні зварних швів різних просторових положень;
- Розплавлена мідь хімічно активна з газами довкілля, що призводить до засмічення зварювальної ванни різними сполуками міді, що погіршують якість роботи.
Особливості зварюваності міді
У процесі зварювання міді виникають такі негативні фактори, що ускладнюють отримання якісного результату:
- Високе значення коефіцієнта лінійного розширення, що у півтора рази перевищує аналог для сталі, провокує глибоку усадку в процесі швидкого твердіння, що призводить до появи гарячих тріщин;
- Ця причина змушує проводити зварювання по прихваткам або використовувати жорстке закріплення кромок;
- Висока теплопровідність міді створює гранично великі градієнти температури, що призводить до високої швидкості охолодження металу і, відповідно, малого часу існування зварювальної ванни. Це вимагає використання додаткових енерговитрат, що ведуть доускладнення та подорожчання технології зварювання міді;
- Висока плинність розплавленої міді перешкоджає виконанню на вазі одностороннього стикового зварювання при повному проплавленні кромок з добре сформованим швом на звороті. Це змушує застосовувати з протилежного боку підкладки, щільно притиснуті до поверхні металу, що зварюється;
- Підвищена схильність розплавленої міді до окислення призводить до утворення тугоплавких оксидів, що створюють тендітні зони та тріщини в області термообробки;
- Зросла хімічна активність розплавленої міді сприяє розчиненню в ній водню, який реагує в зоні зварювання з киснем, утворюючи водяні пари. А ті, у свою чергу, призводять до порів та тріщин у процесі кристалізації, що у зварювальників називають водневою хворобою.
У цій ситуації рекомендується заміна жорстких прихваток на ковзні закріплення.
Основні способи зварювання мідних деталей
Незважаючи на таку велику кількість негативних факторів, що супроводжують зварювальні процеси з міддю, існують різні технології, що дозволяють навіть проводити зварювання міді в домашніх умовах.
Вибір технології визначається:
- Призначення зварного виробу;
- Складністю виробу, наявністю криволінійних або коротких швів та їх просторовим становищем;
- Кількість виробів (поодинокий виріб, мала партія або серія);
- Вимоги до якості.
До найбільш поширених зварювальних технологій для міді входять такі способи:
- Напівавтоматичне зварювання електродами, що плавляться;
- Автоматична, електродами, що плавляться, в середовищі захисного газу;
- Ручне дугове зварювання електродами, що не плавляться;
- Зварювання вугільними чи графітовимиелектродами;
- Ручна дугова, покритими електродами;
- Газове зварювання (або зварювання ацетилено-кисневим полум'ям);
- Автоматичне зварювання під флюсом;
- Електрошлакове зварювання.
Автоматичне зварювання під флюсом та електрошлакове зварювання відносяться до високопродуктивних способів і використовуються у серійному виробництві. Інші технології застосовуються в одиничному і дрібносерійному виробництві.
Електроди, що використовуються для зварювання міді
- Продукування шлаку, що з'являється з окислами міді та перешкоджає взаємодії зварного шва та повітря;
- Заповнення убутку елементів, що вигорають, і введення в тіло шва нових елементів;
- Збільшення стійкості дуги;
- Продукований матеріалом обмазки шлаковий покрив уповільнює надмірно швидке охолодження розплаву міді.
Електроди, що використовуються у зварювальних технологіях, розділені на два види:
- Плавні, виготовлені з металевих матеріалів – міді, алюмінію, сталі або чавуну;
- Неплавляться, виготовлені з синтетичного графіту, електротехнічного вугілля, вольфраму та інших тугоплавких у порівнянні з міддю матеріалів.
Зварювання з використанням вугільних або графітових електродів
Мотивація застосування графітових та вугільних електродів полягає у суттєвому відмінності температур плавлення матеріалів:
- У міді температура плавлення становить 1080 градусів;
- Температура плавлення електродів вугільних та графітових перевищує 3800 градусів.
Більш раннє плавлення мідідозволяє багаторазово використовувати такі електроди.
До температури плавлення міді електроди нагріваються дуже швидко. Для отримання нормальної стійкої дуги достатньо струму силою 5-10 ампер.
Газове зварювання
Належить до найбільш популярних способів зварювання міді, відрізняється високою міцністю зварного шва. Найчастіше затребувана при ремонтних роботах та виготовлення одиничних виробів. Газове зварювання ведеться ацетилено-кисневим полум'ям при використанні флюсів та присадного дроту для зварювання міді. Як найпростіший флюс використовується бура.
Чисту мідь для присадки брати не рекомендується, у складі обов'язково повинні бути присутні кремній, фосфор, цинк і срібло.
Ручне дугове зварювання неплавким (вольфрамовим) електродом
Цей спосіб використовується для ремонту мідних виробів та конструкцій, особливо ефективний для застосування у незручних або важкодоступних місцях. Реалізується шляхом зварювання вольфрамовим електродом із захисним газовим середовищем аргону, азоту, гелію. Оскільки найчастіше використовується аргон, зварювання часто називають аргоно-дуговим зварюванням міді. У цього способу гідна репутація, ним користуються у виробництві, а й у побутових умовах. Застосовуються саморобні зварювальники, що працюють на постійному струмі.