1. Schweißbarkeitseigenschaften von reinem Kupfer
Die Schweißbarkeit von reinem Kupfer wird hauptsächlich durch folgende physikalische und chemische Eigenschaften eingeschränkt:
Hohe Wärmeleitfähigkeit: Reines Kupfer verfügt über eine extrem schnelle Wärmeleitung, wodurch beim Schweißen leicht viel Wärme verloren geht, was zu Schwierigkeiten bei der Bildung von Schmelzbädern, unvollständiger Verschmelzung, unvollständiger Durchdringung und geringer Schweißeffizienz führt.
Hoher linearer Ausdehnungskoeffizient: Es dehnt sich bei Erwärmung stark aus und schrumpft beim Abkühlen stark, was leicht zu großen Schweißverformungen und Eigenspannungen und sogar zu Schweißrissen führt.
Neigung zur Porosität: In Kupfer gelöster Wasserstoff und Sauerstoff scheiden sich während der Erstarrung in Form von Poren aus, und Wasserstoffporen sind der häufigste Defekt beim Kupferschweißen.
Unlöslicher Oxidfilm: Bei hoher Temperatur bildet sich auf der Oberfläche Kupferoxid (Cu₂O), das einen hohen Schmelzpunkt hat und schwer zu entfernen ist. Es verringert die Plastizität und Zähigkeit der Schweißnaht und führt leicht zu Korngrenzenversprödung.
Geringe Festigkeit bei hohen Temperaturen: Reines Kupfer wird bei hohen Temperaturen offensichtlich weich, und die Schweißnaht und die Hitzeeinflusszone neigen zum Zusammenbruch und zur thermischen Rissbildung.
Daher kann reines Kupfer nicht durch einen einfachen Betrieb mit offenem Feuer geschweißt werden. Um qualifizierte Verbindungen zu erhalten, sind Vorwärmung, starker Schutz und eine entsprechende Wärmezufuhr erforderlich.
2. Geeignete Schweißverfahren für reines Kupfer
Je nach Dicke der Teile aus reinem Kupfer, Struktur, Produktionseffizienz und Serviceanforderungen werden üblicherweise die folgenden Schweißmethoden verwendet:
2.1 WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen)
Das WIG-Schweißen ist das am weitesten verbreitete und zuverlässigste Schweißverfahren für reines Kupfer und eignet sich besonders für dünne Bleche, Präzisionsteile und kleine Strukturen.
Vorteile: Der Lichtbogen ist stabil, die Wärme ist konzentriert, die Schweißnahtbildung ist schön, die Spritzer sind gering und die Schweißnaht ist rein.
Schutz: Normalerweise wird Argon (Ar) als Schutzgas verwendet, um Luft effektiv zu isolieren und Oxidation und Porosität zu verhindern.
Anwendung: Geeignet für reine Kupferbleche, Rohre, elektrische Komponenten, Wärmetauscher usw.
Wichtige Punkte: Für mitteldicke Teller ist eine ordnungsgemäße Vorwärmung erforderlich. AC- oder DC-Plusanschluss kann je nach Dicke gewählt werden.
2.2 MIG/MAG-Schweißen (Metall-Lichtbogenschweißen)
Das MIG-Schweißen eignet sich für mittlere und dicke Werkstücke aus reinem Kupfer mit hoher Schweißeffizienz.
Vorteile: Hohe Abscheidungseffizienz, tiefe Eindringtiefe, geeignet für lange Schweißnähte und Massenproduktion.
Schweißdraht: Verwenden Sie im Allgemeinen Schweißdraht aus reinem Kupfer oder Siliziumbronze-Schweißdraht, um die Fließfähigkeit und Rissbeständigkeit zu verbessern.
Schutz: Zur Verbesserung des Schutzes und der Wärmekonzentration wird 100 % Argon oder eine Argon-Heliummischung verwendet.
Anwendung: Wird in großen Kupferstrukturteilen, dicken Kupferplatten, elektrischen Sammelschienen usw. verwendet.
2.3 Plasmalichtbogenschweißen
Das Plasmalichtbogenschweißen hat eine höhere Energiedichte und Eindringfähigkeit als das WIG-Schweißen.
Vorteile: Es kann einseitiges Schweißen und doppelseitiges Formen für Kupferplatten einer bestimmten Dicke mit geringer Verformung und hoher Verbindungsfestigkeit realisieren.
Anwendung: Geeignet für Strukturteile aus reinem Kupfer mittlerer Dicke, die eine hohe Qualität und einen hohen Wirkungsgrad erfordern.
2.4 Hartlöten
Das Hartlöten eignet sich für dünnwandige Teile, kleine Teile und unähnliche Metallverbindungen mit reinem Kupfer.
Eigenschaften: Niedrige Schweißtemperatur, kein Schmelzen des Grundmetalls, geringe Verformung, geeignet für komplexe Bauteile.
Hartlote: Phosphor-Kupfer-Lote, Silber-Kupfer-Lote usw.
Anwendung: Kupferrohrverbindungen, elektrische Kontakte, Wärmetauscherkerne, unähnliche Verbindungen aus Kupfer und Stahl, Kupfer und Aluminium.
2.5 Elektronenstrahlschweißen und Laserschweißen
Dabei handelt es sich um Hochenergiestrahlschweißverfahren mit hoher Präzision und geringer Verformung.
Vorteile: Tiefe Eindringtiefe, schmale Wärmeeinflusszone, geringe Schweißverformung, geeignet für hochpräzise und hoch{2}leistungsfähige Komponenten aus reinem Kupfer.
Anwendung: Wird in der Luft- und Raumfahrt, der High-End-Elektronik, Präzisionsinstrumenten und anderen Bereichen verwendet.
3. Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass reines Kupfer ein schwer zu schweißendes Material mit schlechter Schweißbarkeit unter herkömmlichen Bedingungen ist. Durch eine angemessene Prozessauswahl und eine strenge Parameterkontrolle können jedoch qualifizierte Schweißverbindungen erzielt werden. Unter den vielen Schweißmethoden ist das WIG-Schweißen das vielseitigste und wird am häufigsten für reines Kupfer verwendet. Das MIG-Schweißen eignet sich für mitteldicke Bleche und Anwendungen mit hohem Wirkungsgrad, Hartlöten eignet sich für dünne Teile und unterschiedliche Verbindungen und Laser- oder Elektronenstrahlschweißen wird für hochpräzise Anwendungen verwendet.
