Wie man Kupfer schweißt – ein technischer Leitfaden

Kupfer schweißen

Kupferschweißen ist nicht schwer. Die für diese Art des Schweißens erforderliche Wärme ist etwa doppelt so hoch wie für Stahl ähnlicher Dicke. Kupfer hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Um diesen Wärmeverlust auszugleichen, wird eine Spitze empfohlen, die ein oder zwei Größen größer ist als die für Stahl erforderliche.

Beim Schweißen großer Abschnitte mit großen Dicken ist eine zusätzliche Erwärmung ratsam. Dieser Prozess erzeugt eine Schweißnaht, die weniger porös ist.

Kupfer kann mit einer leicht oxidierenden Flamme geschweißt werden, da das geschmolzene Metall durch das von der Flamme gebildete Oxid geschützt wird. Wenn zum Schutz des geschmolzenen Metalls ein Flussmittel verwendet wird, sollte die Flamme neutral sein. Für gasgeschweißte Baugruppen sollte sauerstofffreies Kupfer (desoxidierter Kupferstab) anstelle von sauerstoffhaltigem Kupfer verwendet werden. Der Stab sollte die gleiche Zusammensetzung wie das Grundmetall haben.

Was ist Kupfer?

Kupfer ist ein weiches Nichteisenmetall, das mit mehreren Schweißverfahren leicht gebogen, geschnitten, geformt und verbunden werden kann. Während es häufig zur Herstellung dekorativer Haushalts- und Architekturgegenstände verwendet wird, ist es ein ausgezeichneter Strom- und Wärmeleiter und wird daher häufig in der Elektroindustrie verwendet, während Kupferrohre, Ventile und andere Formstücke häufig für Sanitärinstallationen verwendet werden. P>

Da Kupfer duktil und sehr formbar ist, wird es auch als Hauptelement in Hunderten von verschiedenen Legierungen verwendet, darunter Messing, Bronze und Nickel-Kupfer. Die am häufigsten für Kupferlegierungen verwendeten Legierungselemente sind Aluminium, Nickel, Zink, Zinn und Silizium.

Da reines Kupfer zu dehnbar ist, um erfolgreich bearbeitet zu werden, werden den verschiedenen Legierungen kleine Mengen anderer Elemente zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern sowie das Metall zu desoxidieren, es korrosionsbeständiger zu machen, seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern und sein Ansprechverhalten zu verbessern zu Wärmebehandlungen. Insgesamt sind mehr als 300 Kupferlegierungen im Handel erhältlich.

Die verschiedenen Methoden zum Schweißen von Kupfer

Kupfer kann mit mehreren Methoden geschweißt werden. In diesem Artikel über das Lehren des Kupferschweißens werden wir jedoch nur die gängigsten Techniken besprechen. Dazu gehören Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW), Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) und manuelles Metall-Lichtbogenschweißen (MMAW). Im Folgenden finden Sie jeweils eine Erläuterung.

Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW)

Gas Metal Arc Welding (GMAW), auch MIG-Schweißen genannt, folgt dem SMAW-Schweißsystem. Das bedeutet, dass der Zusatzwerkstoff bei dieser Schweißtechnik eine Elektrode ist.

Es gibt jedoch einen Unterschied zwischen den beiden Methoden; Während beim SMAW eine Reihe kurzer Stäbe als abschmelzende Elektrode verwendet werden, führt das GMAW-Verfahren dem Schweißbrenner automatisch einen durchgehenden „Draht“ mit einer vom Benutzer definierten Geschwindigkeit zu. Zusätzlich gibt es eine geregelte Einstellung für die Zufuhr des Schutzgases.

Beim MSG-Schweißen von Kupfer wird die Verwendung von ERCu-Kupferelektroden empfohlen. Die Verwendung von Desoxidiertem Kupfer von Aufhauser wird ebenfalls empfohlen; Dies ist eine Kupferlegierung oder ein Füllmaterial mit einer Reinheit von 985.

Die Dicke des Kupferabschnitts, den Sie schweißen müssen, bestimmt die erforderliche Gasmischung. Im Allgemeinen wird Argon für Dicken bis zu 6 mm verwendet. Für darüber hinausgehende Dicken wird eine Mischung aus Helium und Argon verwendet. Beim GMAW-Verfahren zum Schweißen von Kupfer müssen Sie das Füllmetall mit schmalen Web- oder Stringerperlen abscheiden; Dies kann durch Sprühübertragung erfolgen.

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW)

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), auch WIG-Schweißen genannt, schweißt Kupfer auf ähnliche Weise wie die meisten Lichtbogenschweißverfahren; Das bedeutet, dass GTAW die Verwendung eines Lichtbogens zum Erhitzen und Schmelzen sowohl des Kupferstücks als auch des Füllmaterials beinhaltet.

Während das geschmolzene Schweißbad abkühlt und erstarrt, wird es vor atmosphärischen Einflüssen geschützt, indem ein Schutzgas wie Argon oder Helium an der Brennerspitze eingeführt wird. Während GTAW vielen Lichtbogenschweißverfahren ähnlich ist, schweißt es nicht wie Lichtbogenschweißverfahren, bei denen der elektrische Lichtbogen mit abschmelzenden Elektroden auf das zu schweißende Kupfer übertragen wird.

Stattdessen verwendet GTAW eine nicht verbrauchbare Elektrode, um eine Schweißverbindung zwischen den Werkstücken herzustellen; es kann dies mit oder ohne Füllmaterial tun. Auch bei vielen anderen Lichtbogenschweißverfahren wird der Zusatzwerkstoff als Elektrode verwendet, die den Lichtbogen zum zu schweißenden Kupfer leitet.

Beim Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen wird jedoch ein separater Fülldraht verwendet. Außerdem ist es beim GTAW-Verfahren zum Schweißen von Kupfer überhaupt nicht erforderlich, einen Zusatzwerkstoff einzubringen.

Die WIG-Verfahren können Kupferstücke mit einer Dicke von bis zu 16 mm erfolgreich schweißen. Der für dieses Verfahren empfohlene Fülldraht ist ein beliebiges Metall mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie das Grundmetall. Argon-Schutzgas wird für Kupferprofile mit einer Dicke von bis zu 1,6 mm bevorzugt. Für Werkstücke, die diese Dicke überschreiten, wird eine Mischung aus Helium und Argon verwendet.

Im Vergleich zu Argon ermöglicht eine Mischung aus Helium und Argon höhere Verfahrgeschwindigkeiten und eine tiefere Perforation bei einem ähnlichen Schweißstrom. Um dem zu schweißenden Kupferstück die guten Perforationseigenschaften von Helium zusammen mit den Lichtbogenstabilitätseigenschaften von Argon zu verleihen, ist die üblicherweise verwendete Mischung 25 % Ar/75 % He. Schließlich wird das Vorhandschweißen empfohlen, wenn dieses Verfahren auf einem Stück Kupfer mit einem engen Gewebe oder mit Stringer-Perlen durchgeführt wird.

Lichtbogenhandschweißen (MMAW)

Dieses Verfahren wird hauptsächlich verwendet, um Reparatur- oder Wartungsschweißungen an Kupfer und Kupferlegierungen durchzuführen. Der für dieses Verfahren empfohlene Zusatzwerkstoff ist die ECuSn-C-Elektrode. Eine weitere Empfehlung ist die Verwendung einer positiven Gleichstromelektrode (DC+) mit einer Stringer-Bead-Technik. Wenn dieses Füllmaterial verwendet wird, kann das MMAW-Verfahren bei Folgendem helfen:

• Schweißen von Kupfer mit anderen Metallen
• Kleine Reparatur dünner Kupferstücke
• Schweißnähte mit eingeschränktem Zugang

Dies sind die drei gebräuchlichsten Methoden zum Schweißen von Kupfer. Nachdem Sie nun grundlegende Informationen zu jeder Methode haben, können Sie eine Technik/Methode auswählen, die für Ihre Bedürfnisse und die auszuführende Arbeit am besten geeignet ist. Unabhängig von der Methode, die Sie zum Schweißen von Kupfer wählen, müssen Sie jedoch einige grundlegende Schritte befolgen, um eine effektive Schweißnaht herzustellen. Wir besprechen diese Schritte im nächsten Abschnitt.

Die wichtigsten Schritte beim Schweißen von Kupfer

Wenn Sie Kupfer selbst schweißen, müssen Sie die entscheidenden Schritte kennen, die zum effektiven Schweißen von Kupfer erforderlich sind. Es gibt 11 Schritte beim DIY-Kupferschweißen. Indem Sie diese Schritte in der folgenden Reihenfolge ausführen, können Sie eine extrem haltbare Kupferschweißnaht herstellen.

#1. Sorgen Sie für Sicherheit

Wenn Sie Kupfer selbst schweißen möchten, müssen Sie zunächst für Ihre Sicherheit sorgen. Unabhängig davon, welches Metall Sie schweißen, müssen Sie die richtigen Vorsichtsmaßnahmen treffen, bevor Sie mit dem Schweißen beginnen. Andernfalls besteht Verletzungsgefahr.

Was sind also die möglichen Vorsichtsmaßnahmen, die Sie treffen können, bevor Sie mit dem Schweißen von Kupfer beginnen? Sie müssen Sicherheitsausrüstung anlegen, sicherstellen, dass sich keine brennbaren Gegenstände in Ihrer Nähe befinden, und in einem sauberen Bereich oder einem Bereich frei von Fremdmaterialien arbeiten.

Beim Schweißen von Kupfer sind Sicherheitsvorkehrungen besonders wichtig; Dies liegt daran, dass Kupfer ein extrem guter elektrischer Leiter ist und Sie einen Stromschlag bekommen können, wenn Sie das Metall mit bloßen Händen anfassen.

Zusätzlich zum Risiko eines Stromschlags können Sie beim Schweißen von Kupfer giftigen Gasen ausgesetzt werden. Für Ihre Sicherheit beim Kupferschweißen sollten Sie also nicht bei Lederhandschuhen und Schutzkleidung Halt machen. Stattdessen sollten Sie auch eine Atemschutzmaske und einen Augenschutz in Ihre Sicherheitsausrüstung aufnehmen.

#2. Bereiten Sie die Oberfläche vor

Die Oberflächenvorbereitung zum Schweißen von Kupfer bedeutet, den Schweißbereich frei von Fett, Öl, Farbe, Schmutz und anderen Fremdpartikeln zu halten, bevor Sie mit dem Schweißen beginnen. Warum müssen Sie den Schweißbereich frei von diesen Partikeln halten? Weil die Schweißnaht reißen kann, wenn sie sich mit dem Metall vermischen. Außerdem können sie schädliche Chemikalien wie Schwefel, Phosphor und Blei enthalten.

Neben dem Schweißbereich sollten Sie auch das Kupfer reinigen, bevor Sie mit dem Schweißen beginnen. Wie können Sie den Schweißbereich und das Kupfer reinigen? Mit einer Bronzedrahtbürste und einem geeigneten Reinigungsmittel. Zuerst Drahtbürste mit dann mit dem Reinigungsmittel entfetten. Achten Sie auch darauf, den Oxidfilm, der sich während des Schweißens bildet, mit einer Drahtbürste zu entfernen, nachdem Sie jede Schweißnaht aufgebracht haben.

#3. Vorwärmen

Warum ist es wichtig, Kupfer vorzuwärmen, bevor Sie mit dem Schweißen beginnen können? Denn dieses Metall hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Dies ist besonders wichtig, wenn die Dicke des Kupfermetalls mehr als 0,01 Zoll beträgt. Alle zu verschweißenden Segmente sollten gleichmäßig vorgewärmt werden.

Da Kupfer Wärme schnell von der Schweißnaht in das umgebende Grundmetall leiten kann, ist eine hohe Vorwärmung erforderlich, um die dicken Kupferabschnitte zu schweißen. Die Temperatur hängt von der Dicke des Metalls ab und kann zwischen 50° und 752° F liegen.

Wenn Sie jedoch Kupferlegierungen schweißen, können Sie diesen Abschnitt überspringen, da die Temperaturleitfähigkeit in diesem Fall im Vergleich zu Kupfer viel geringer ist. Falls Sie Kupfer und keine Kupferlegierung schweißen, müssen Sie die geeignete Vorwärmung für Ihre Anwendung auswählen. Sie müssen besonders auf das Schweißgut des Kupfers, seine Grundmetalldicke, den Schweißprozess und sogar die Gesamtmasse der Schweißkonstruktion achten.

Zusätzlich zu den oben genannten Punkten ist es wichtig, die Hitze so weit wie möglich auf einen begrenzten Bereich zu beschränken. So stellen Sie sicher, dass sich nicht zu viel Material in einem Temperaturbereich befindet, der zu einem Verlust an Duktilität führt.

Außerdem sollten Sie die Vorwärmtemperatur beibehalten, bis die Verbindung geschweißt ist. Nachdem Sie mit dem Schweißen begonnen haben, beginnt sich die Wärme des vorgewärmten Kupfers abzuleiten, wodurch das Rissrisiko verringert wird.

#4. Berücksichtigung des Fugendesigns

Ein weiterer wichtiger Schritt beim effektiven Schweißen von Kupfer ist die Berücksichtigung des Verbindungsdesigns. Was bedeutet das? Zunächst müssen Sie den Abstand zwischen den Gelenken berücksichtigen. Idealerweise sollten Sie diesen Abstand innerhalb bestimmter Toleranzen basierend auf dem Grundmetall und der verwendeten Lotlegierung steuern. Der optimale Spalt für Fugen liegt jedoch zwischen 0,04 und 0,20 mm.

Eine weitere wichtige Überlegung ist hier eine gemeinsame Überlappung. Die ideale Verbindungsüberlappung ist mindestens dreimal dicker als der dünnste Teil, den Sie verbinden müssen. Sie sollten versuchen, so wenig Material wie möglich zu verwenden, da dies Ihnen hilft, die gewünschte Festigkeit zu erreichen.

#5. Stellen Sie die Flamme ein

Wenn Sie eine effektive Kupferschweißung erzeugen möchten, müssen Sie die Flamme entsprechend einstellen. Am besten verwenden Sie hier eine neutrale Flamme. Was bedeutet eine neutrale Flamme? Eine neutrale Flamme ist eine Flamme, die so eingestellt ist, dass sich die gleichen Mengen an Acetylen und Sauerstoff mit der gleichen Geschwindigkeit mischen können. Eine weitere wichtige Sache, die hier zu tun ist, ist die klare Definition des weißen Innenkegels und die Sicherstellung, dass es keinen Schleier gibt.

#6. Entfernen Sie das Flussmittel

Wenn das Flussmittel verwendet wurde, müssen Sie die Rückstände auf eine der folgenden Arten entfernen:

• Bürsten mit Draht und Dämpfen
• Mit Draht bürsten und mit heißem Wasser abspülen
• Verdünnung in heißem Ätznatronbad

Wenn Sie das Flussmittel nicht vollständig entfernen, kann dies zu einer Schwächung und sogar zum Versagen der Verbindung führen.

Füllmaterial wählen

Die Auswahl des richtigen Zusatzmaterials ist einer der wichtigsten Schritte beim effektiven Schweißen von Kupfer. Die Wahl des richtigen Füllmaterials hilft beim Schweißen eines Kupferstücks, das stärker ist als das Grundmetall. Das beste oder am besten geeignete Zusatzmaterial zum Schweißen von Kupfer hängt von der Korrosionsbeständigkeit des Metalls, der erforderlichen Festigkeit der Verbindung, der Betriebstemperatur und den damit verbundenen Kosten ab.

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie ein Füllmetall mit Gehalt an Silizium (Si) oder Mangan (Mn) wählen, das als Desoxidationsmittel wirkt. Dies ist unabhängig davon, ob Sie das GMAW-, WIG- oder E-Hand-Verfahren zum Schweißen von Kupfer verwenden.

Wenn es um Schweißzusätze zum Schweißen von Kupfer geht, sind die am häufigsten empfohlenen und am häufigsten verwendeten Materialien ErCu und ErCuSi-A. Ersteres erleichtert die Fließfähigkeit, da es sowohl Si als auch Mn mit Zinn (Sn) enthält. Zum Schweißen von P-oxidiertem Kupfer sollten Sie dagegen auf ErCuSi-A-Zusatzwerkstoff setzen; Es ist auch eine gute Option für das Schweißen von Hartkupfer, das sowohl Si als auch MN als Desoxidationsmittel enthält.

Kupferlöten

Löten, eine der frühesten Methoden zum Verbinden von Metall, beinhaltet das Erhitzen von Füllmetall (in Form eines Fülldrahts), so dass es schmilzt und die Fugen füllt. Weichlöten ist das einfachste Verfahren und dasjenige, das häufig in und um das Haus herum verwendet wird, um kleine Metallgegenstände zu reparieren. Es ist auch die Methode, die von Klempnern verwendet wird, um Kupferrohre und Kupferfittings zu verbinden und zu reparieren.

Zum Weichlöten können Sie einen preiswerten Lötkolben oder eine Lötlampe mit geeignetem Flussmittel verwenden. Beim Hartlöten werden die Füllmaterialien auf eine viel höhere Temperatur erhitzt, sodass die Verbindung viel stärker ist als andere Lötverbindungen.

Das Füllmaterial ist anders und enthält normalerweise Silber, daher wird die Technik oft als Silberlöten bezeichnet. Echtes Hartlöten wird jedoch bei einer noch höheren Temperatur ausgeführt.

Kupferlöten

Löten ist im Wesentlichen eine dem Löten ähnliche Technik und verwendet die gleiche Art von Füllmaterial (Draht oder Lötstab), das zum Löten verwendet wird. Die Verbindungen müssen sehr eng anliegend sein, damit die Kapillarwirkung das Füllmetall zwischen die zu verbindenden Kupferstücke ziehen kann.

Auch wenn wesentlich höhere Temperaturen als beim Löten verwendet werden müssen, darf der Grundwerkstoff nicht bis zum Schmelzpunkt erhitzt werden.

Hartlöten wird häufig für Klempnerarbeiten verwendet und kann auch zum Verbinden verschiedener Metallarten sowie von Metallwerkstücken mit unterschiedlichen Dicken verwendet werden.