Как в домашних условиях сварить медь

Сварка меди

Медная раковина со столешницей

Все это обеспечивает меди широкое применение в самых различных областях. Пайка и сварка меди — операции, с которыми рано или поздно приходится сталкиваться любому мастеру, любящему работать с металлом. Кроме технически чистой меди широко распространены ее сплавы: бронзы и латуни.

Сварка меди

Свариваемость меди и некоторые особенности

• Склонность меди к окислению. Соединение с кислородом с образованием тугоплавких окислов приводит к образованию хрупких зон и трещин в области термической обработки.
• Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем у стали) вызывает большую усадку при затвердевании, приводящую к возникновению горячих трещин.
• Склонность металла к поглощению газов в расплавленном состоянии из воздуха (в основном кислорода и водорода) также крайне отрицательно сказывается на качестве сварного шва. Водород, в частности, в момент кристаллизации металла соединяется с кислородом закиси меди и образует водяной пар, вызывающий образование пор и трещин.
• Расположенность к росту зерна приводит к появлению хрупких структур в зоне термического влияния.
• Большой коэффициент теплопроводности (в 7 раз выше, чем у стали) требует источника нагрева с высокой мощностью и концентрацией энергии в зоне плавления. Из-за быстрого отвода тепла ухудшается формирование шва, растет склонность к возникновению в нем дефектов — подрезов, наплывов и пр.
• Большая жидкотекучесть меди (в 2-2,5 раза больше чем у стали) не позволяет производить на весу одностороннюю стыковую сварку с полным проплавлением кромок и хорошим формированием шва с обратной стороны. Для стыковых швов могут потребоваться подкладки с противоположной стороны, плотно прилегающие к свариваемому металлу. Большая жидкотекучесть меди затрудняет также сварку в вертикальном и особенно в потолочном положении.
• При температуре выше 200°С снижается прочность меди с одновременным уменьшением пластичности (в отличие от других металлов, например стали, у которых снижение прочности при повышенной температуре связано с повышением пластичности). В интервале температур 250-550°С, при которых пластичность меди достигает минимальных значений, могут возникать трещины. В связи с этим следует избегать жестких закреплений. Не рекомендуется выполнять швы в два прохода, так как первый проход уже создает жесткое закрепление. Прихватки следует заменять скользящими закреплениями.

Лучше всего сваривается раскисленная медь (М-1р, М-2р, М-3р), в которой содержание кислорода не превышает 0,01%.

Для преодоления трудностей сваривания, технология сварки меди предусматривает газовую или флюсовую защиту сварочной ванны, в состав электродов и присадочной проволоки вводят раскислители: кремний, алюминий, марганец и прочие.

Способы сварки меди

Подготовка меди к сварке

Затем полностью удаляется окисная пленка — металлической щеткой или сеткой из нержавейки, или каким-то абразивным инструментом — обработкой детали до блеска.

Подготовка меди к сварке

Подготовка меди к сварке

Очистка детали — очень важный этап, прямо влияющий на качество сварного шва. Без неё невозможно получить прочный и красивый шов.

При толщине стенок от 5 мм, сварку выполняют с предварительным подогревом детали до 300-700°C. Особенно важен подогрев для массивных деталей, и чем массивнее деталь, тем выше должен быть нагрев.

Сварка меди металлическими покрытыми электродами (режим MMA)

В процессе сварки тонколистового металла может потребоваться уменьшение первоначально установленного тока — из-за разогрева детали и возникновения в связи с этим опасности прожогов.

Для сварки меди предназначены электроды Комсомолец-100, АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, АНЦ/ОЗМ-4, ОЗБ-2М (для бронз) и пр. Электроды перед использованием рекомендуется прокаливать.

Покрытые электроды для сварки меди не могут обеспечить такое же качество шва, какое обеспечивает сварка в аргоне. Прочность сварного соединения, выполненного с их использованием, зависит от многих факторов: правильного выбора марки электрода, соблюдения требуемой технологии (тщательности очистки, предварительного подогрева, оптимального токового режима) и, разумеется, от квалификации сварщика.

Сварной шов выполненный покрытым электродом неопытным сварщиком

Сварка меди вольфрамовым электродом в среде аргона (режим DC/AC TIG)

В качестве защитных газов используются аргон, гелий, азот или их смесь. Эти газы отличаются своими технологическими свойствами, в чем-то превосходя, в чем-то уступая друг другу. Азот, в частности, требует меньшего сварочного тока в сравнении с аргоном, но швы, выполненные с его использованием, имеют некоторую склонность к порообразованию. Кроме этого, при прочих равных условиях расход азота превышает расход аргона. Поэтому последний, с учетом еще и его универсальности, используется чаще других газов.

В качестве присадочного материала применяются прутки меди (M1, М2, М3) или бронзы (Бр КМц3-1 и пр.). На практике часто используют медные жилы из электрических кабелей и проводов. Желательно, чтобы температура плавления присадки была ниже температуры плавления основного металла. Для лучшей защиты шва, пруток следует вести перед горелкой, а не за ней (см. второе фото). Листы меди толщиной до 4 мм можно сваривать с отбортовкой без присадочного материала.

Прутки меди

Сварка встык с отбортовкой

Во избежание загрязнения вольфрамового электрода при поджоге дуги, последнюю можно возбуждать на угольной или графитовой пластине, перенося ее затем на изделие.

Сварка может производиться в нижнем и вертикальном положении шва.

Сварка меди

В отличие от алюминия, который варится без поперечных движений, сварка меди требует манипуляций горелкой для формирования шва и обеспечения его соединения со стенками. Металл нужно «расталкивать» круговыми или зигзагообразными движениями горелки.

Тонколистовые детали не рекомендуется сваривать сплошным швом во избежание прожогов. Они варятся короткими швами с прерыванием дуги и перекрытием валиками друг друга.

Сварка меди

Заварку кратера нужно производить, удлиняя дугу постепенным отводом горелки, — в том случае, если сварочный аппарат не имеет специальной функции «заварка кратера».

Технология сварки меди

Сварка меди и ее сплавов — сложный, но вместе с тем интересный опыт, после которого вы сможете работать с любыми металлами. Дело в том, что медь обладает несколькими свойствами, существенно усложняющими ее сварку. По этой причине существует множество методов соединения деталей из этого металла: точечная сварка меди, сварка меди угольным электродом, газовая сварка меди, дуговая сварка меди, контактная сварка меди и т.д. Также возможна комбинированная сварка, например, сварка меди с нержавейкой, меди с железом и сварка меди со сталью.

Что касается оборудования, тот вам доступна и сварка меди инвертором, и сварка меди полуавтоматом, и сварка с применением иных термических или механических сварочных приспособлений. В этой статье в нашем фокусе именно сварка меди аргоном с применением полуавтомата, как самый распространенный способ соединения медных, медно-никелевых или иных других сплавов. Мы подробно расскажем, в чем заключается сложность при сварке и поведаем технологию соединения деталей из меди.

Особенности сварки меди

Как мы писали выше, существуют некоторые особенности сварки меди и ее сплавов, из-за которых процесс соединения металлов существенно усложняется. Давайте перечислим основные нюансы, на которые нужно обратить внимание.

Во-первых, у меди очень высокая теплопроводность, а это значит, что в работе вам необходимо использовать дугу, способную выдавать большую тепловую мощность, и симметрично выводящую тепло из сварочной зоны. Также из-за этой особенности не получится использовать любые виды швов. Мы рекомендуем применять для сварки медных деталей стыковые соединения.

Во-вторых, медь при плавлении начинает быстро стекать, из-за этого крайне сложно сделать потолочные и вертикальные швы, поскольку металл при малейшем перегреве стремительно стекает вниз. Чтобы избежать этой проблемы сварочная ванна должна быть минимального размера, и расплавленный металл должен быстро охлаждаться.

В-третьих, при сварке меди с использованием стыковых швов и в нижнем положении нужно обязательно использовать графитовые, асбестовые подкладки или флюсовые подушки. Это необходимо, чтобы избежать прожогов металла.

В-четвертых, находясь в расплавленном состоянии медь активно поглощает кислород и водород. Это приводит к образованию горячих трещин и в шве образовываются пор. Все это ухудшает качество шва, страдает надежность и эстетическая составляющая. Чтобы этого избежать необходима тщательная защита сварочной зоны. С этой проблемой справляется газ.

В-пятых, медь крайне склонна к окислению, при этом окисная пленка очень тугоплавкая и от нее трудно избавиться. Эта проблема решается применением присадочной проволоки, содержащей в своем составе фосфор, марганец и кремний.

И, наконец, последнее, что вам нужно знать. Медь отличается от других металлов большим коэффициентом линейного расширения. Это значит, что металла легко деформируется, и особенно подвержен образованию горячих трещин. Эту проблему можно решить относительно просто: деталь нужно предварительно прогреть в печи или с помощью горелки до температуры 300 градусов по Цельсию.

Несмотря на все сложности, сварка меди в домашних условиях возможна. Но для начала металл нужно как следует подготовить, об этом мы расскажем далее.

Подготовительные мероприятия

Для сварки или для пайки меди нужно соблюсти еще и правила подготовки металла перед сваркой, чтобы результат вас не разочаровал. В зависимости от рода детали (труба, лист, заготовка и т.д.) ее предварительно разрезают на отдельные части, если это необходимо. Медь можно разрезать с помощью шлифмашинки, трубореза или станка. Также возможна плазменно-дуговая резка. Не используйте болгарку или иные подобные инструменты.

Далее нужно разделать кроки у детали. Делается это механическим методом. Также нужно очистить металл и проволоку от окисной пленки и грязи, деталь должна в буквальном смысле блестеть. Обезжирьте металл. Обработайте кромки вручную с помощью мелкозернистой наждачки. Также для этих целей можно использовать щетку с жесткими металлическими щетинами.

Не используйте слишком жесткую щетку или наждачку с крупным зерном, иначе повредите металл. Также рекомендует выполнить травление присадочной проволоки и детали. Травление выполняется в специальном растворе, который можно приготовить самостоятельно. В качестве основного компонента может выступать азотная, серная или соляная кислота. Кислота смешивается с водой и в раствор помещаются заготовки с проволокой. После травления все нужно промыть в воде и просушить горячим воздухом.

Если деталь имеет толщину более 1 сантиметра, то ее нужно предварительно прогреть в печи или с помощью газовой горелки. Далее детали нужно состыковать друг с другом. Между деталями должен оставаться небольшой зазор, его размер не должен меняться при повторной стыковке. Чтобы точно состыковать детали можно использовать прихватки. Сами прихватки тоже должны быть очищены, чтобы не образовались трещины.

Иногда в процессе сварки используются дополнительные приспособления. Например, графитовые или медные подкладки, а также съемные экраны. Подкладки незаменимы при сварке нижних швов (или увеличивают теплоотвод), а съемные экраны понадобятся при сварке меди на улице (они защитят сварочную зону от ветра).

Настройка режима сварки

Для пайки медных труб и для сварки нужно правильно установить режим. Первое, что вам нужно запомнить — сварка меди осуществляется на постоянном токе и с прямой полярностью. А вот значение сварочного тока меняется. Чтобы узнать, какое значение сварочного тока будет оптимальным, умножьте толщину металла (в миллиметрах) на 100. Вы получите лишь ориентировочное значение тока, более точная настройка станет вам доступна с опытом.

Сварка меди полуавтоматом осуществляется в среде защитного газа. Можно использовать аргон, азот, гелий или смеси из этих газов. Если варите с применением аргона или гелия, то дуга должна быть короткой, до 3 миллиметров. Если варите с азотом, то дуга должна быть 10-12 миллиметров. Существуют отдельные нормы расхода газа. Так, при сварке меди полуавтоматом вы должны расходовать не более 10 литров аргона в минуту, не более 20 литров гелия в минуту и не более 20 литров азота в минуту.

Скорость сварки никак не регламентируется и подбирается индивидуально, исходя из навыков сварщика и типа шва. Если деталь имеет толщину не более 6 миллиметров, то ее можно без проблем варить аргоном без предварительного нагрева. Если деталь толще, то рекомендуем заменить аргон на азот или гелий. Также для сварки меди большей толщины деталь нужно прогреть (температуры от 200 до 300 градусов будет достаточно).

Технология сварки

Сварка меди полуавтоматом должна вестись углом вперед, допускается выпуск электрода не более чем на 7 миллиметров. Электрод может быть графитовым или угольным. Вольфрамовые электроды лучше не использовать при сварке меди, поскольку они слишком быстро расходуются. Дополнительно используется присадочная проволока. Проволока может быть изготовлена из меди, медно-никелевого сплава, бронзы или из специальных сплавов.

Присадочную проволоку нужно подавать с краю сварочной зоны. Это необходимо для того, чтобы расплавленный металл не попадал на электрод. Что касается режима сварки, то тут подойдут наши рекомендации, которые мы писали выше. Ниже таблица с ориентировочными режимами сварки меди в аргоне.

Как видите, технология сварки меди и ее сплава не так уж сложна. Практикуйтесь как можно больше, прежде чем приступить к ответственной работе.

Вместо заключения

В рамках одной небольшой статьи сложно рассказать про все способы сварки меди, поэтому мы рассказали вам про самый эффективный и распространенный. Для большего комфорта приобретите сварочный пост для пайки и сварки меди. Это компактные комплекты оборудования, закрепленные на металлическом каркасе для транспортировки. Сварочные посты продаются в специализированных интернет-магазинах. Делитесь своим опытом в комментариях, он наверняка будет полезен для новичков. Желаем удачи в работе!

Характеристика сварки меди и ее сплавов. Особенности и технология основных способов сварки

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.

1. Соединение металла толщиной более 4 мм проводится с применением предшествующего подогрева (до температуры 800° С). Применяется присадочный материал — медная проволока или медно-никелевая, бронзовая.
2. 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.