การเชื่อมทองแดงและโลหะผสม: วิธีการ เทคโนโลยีและอุปกรณ์

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ทองแดงและโลหะผสมถูกใช้ในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจ โลหะนี้เป็นที่ต้องการเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีกายภาพซึ่งทำให้การประมวลผลโครงสร้างซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเชื่อมทองแดงต้องมีเงื่อนไขพิเศษ แม้ว่ากระบวนการนี้จะใช้เทคโนโลยีการบำบัดความร้อนทั่วไป

เชื่อมเฉพาะช่องว่างทองแดง

ซึ่งแตกต่างจากโลหะและโลหะผสมอื่นๆ ผลิตภัณฑ์ทองแดงมีลักษณะการนำความร้อนสูง ซึ่งทำให้จำเป็นต้องเพิ่มพลังงานความร้อนของส่วนโค้งในการเชื่อม ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องมีการกำจัดความร้อนแบบสมมาตรออกจากพื้นที่ทำงาน ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดข้อบกพร่อง ข้อเสียอีกประการของทองแดงคือความลื่นไหล คุณสมบัตินี้กลายเป็นอุปสรรคในการสร้างเพดานและตะเข็บแนวตั้ง ด้วยบ่อเชื่อมขนาดใหญ่ การดำเนินการดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เลย แม้แต่งานจำนวนเล็กน้อยก็ยังต้องมีการจัดเงื่อนไขพิเศษด้วยการใช้ไลเนอร์แบบจำกัดตามกราไฟต์และแร่ใยหิน

แนวโน้มของโลหะที่จะออกซิไดซ์ยังต้องใช้สารเติมแต่งพิเศษเช่นเจลซิลิกอนแมงกานีสและฟอสฟอรัสในบางโหมดด้วยการก่อตัวของออกไซด์ทนไฟ คุณสมบัติของการเชื่อมทองแดงรวมถึงการดูดซับก๊าซ - ตัวอย่างเช่นไฮโดรเจนและออกซิเจน หากคุณไม่เลือกโหมดการรับแสงที่เหมาะสม รอยต่อจะกลายเป็นคุณภาพต่ำ รูพรุนและรอยแตกขนาดใหญ่จะยังคงอยู่ในโครงสร้างเนื่องจากมีปฏิกิริยากับแก๊ส

ปฏิกิริยาระหว่างทองแดงกับสิ่งเจือปน

จำเป็นต้องคำนึงถึงธรรมชาติของปฏิกิริยาของทองแดงกับสิ่งเจือปนและองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ โดยทั่วไป เนื่องจากในกระบวนการเชื่อมโลหะนี้ มักใช้อิเล็กโทรดและสายไฟจากวัสดุที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมสามารถละลายในทองแดงหลอม เพิ่มคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน และลดความสามารถในการออกซิไดซ์ เบริลเลียม - เพิ่มความต้านทานทางกล แต่ลดการนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ผลกระทบเฉพาะจะขึ้นอยู่กับลักษณะของสภาพแวดล้อมการป้องกันและอุณหภูมิ ดังนั้นการเชื่อมทองแดงที่อุณหภูมิ 1,050 °C จะช่วยให้ส่วนประกอบเหล็กเข้าไปในโครงสร้างของชิ้นงานได้ง่ายขึ้นโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ประมาณ 3.5% แต่ในอุณหภูมิประมาณ 650 ° C ตัวเลขนี้จะลดลงเหลือ 0.15% ในเวลาเดียวกัน เหล็กดังกล่าวจะลดความต้านทานการกัดกร่อน การนำไฟฟ้าและความร้อนของทองแดงลงอย่างรวดเร็ว แต่เพิ่มความแข็งแรงให้กับเหล็ก ของโลหะที่ไม่กระทบกับชิ้นงานดังกล่าวสามารถแยกแยะตะกั่วและเงินได้

วิธีการเชื่อมทองแดงเบื้องต้น

วิธีการเชื่อมทั่วไปทั้งหมด รวมทั้งแบบใช้มือและแบบอัตโนมัติ สามารถใช้ได้ในการกำหนดค่าต่างๆ การเลือกวิธีใดวิธีหนึ่งขึ้นอยู่กับข้อกำหนดสำหรับการเชื่อมต่อและลักษณะของชิ้นงาน กระบวนการที่มีประสิทธิผลมากที่สุด ได้แก่ การเชื่อมด้วยไฟฟ้าและการเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำ หากมีการวางแผนเพื่อให้ได้ตะเข็บคุณภาพสูงในการทำงานครั้งเดียวก็แนะนำให้หันไปใช้เทคโนโลยีก๊าซ วิธีการเชื่อมทองแดงและโลหะผสมที่อุณหภูมิต่ำทำให้เกิดสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการผสมของชิ้นงาน ส่งผลให้ตะเข็บมีการปรับเปลี่ยนในเชิงบวกและทนทาน สำหรับทองแดงบริสุทธิ์ สามารถใช้เทคนิคการเชื่อมอาร์คด้วยอิเล็กโทรดทังสเตนและก๊าซป้องกัน แต่ส่วนใหญ่มักจะทำงานกับอนุพันธ์ของทองแดง

ใช้อุปกรณ์อะไร

ผลิตภัณฑ์ก่อนทองแดงสามารถแปรรูปได้บนเครื่องกลึง เจียร และกัด เพื่อสร้างช่องว่างมิติสำหรับการเชื่อม อุตสาหกรรมนี้ยังใช้เทคนิคการตัดด้วยพลาสม่าอาร์ค ซึ่งช่วยให้สามารถตัดด้วยคมตัดที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ การเชื่อมทองแดงโดยตรงทำได้โดยการติดตั้งอาร์กอนอาร์ค อุปกรณ์กึ่งอัตโนมัติ และอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ ความแข็งแรงในปัจจุบันของอุปกรณ์อาจแตกต่างกันตั้งแต่ 120 ถึง 240 A ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงาน ความหนาของอิเล็กโทรดมักจะ 2.5-4 มม. - อีกครั้งขึ้นอยู่กับความซับซ้อนและปริมาณของงาน

เชื่อมอาร์กอนทองแดง

วิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้เทคนิคการเชื่อมอาร์กอนอาร์กที่กล่าวถึงซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้อิเล็กโทรดทังสเตน ในระหว่างการให้ความร้อน ทองแดงจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ทำให้เกิดการเคลือบไดออกไซด์บนพื้นผิวของชิ้นงาน ในขั้นตอนนี้ ชิ้นงานจะยืดหยุ่นได้และต้องมีการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดที่ไม่สิ้นเปลือง ตัวอย่างเช่น แท่งของแบรนด์ MMZ-2 ให้คุณภาพการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดเมื่อเชื่อมทองแดงกับอาร์กอนด้วยสารป้องกัน หากไม่ได้ตั้งค่าการเจาะชิ้นงานอย่างแรงก็สามารถใช้การเชื่อมแบบน้ำหนักเบาในสภาพแวดล้อมไนโตรเจนได้ นี่เป็นวิธีที่ดีในการดำเนินการทางความร้อนที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่สามารถบรรลุผลที่ยิ่งใหญ่กว่าในแง่ของคุณภาพการเชื่อมได้โดยใช้ก๊าซรวม ตัวอย่างเช่น ช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์มักใช้ส่วนผสมที่มีอาร์กอน 75%

งานเชื่อมแก๊ส

ในกรณีนี้ จะใช้สื่อออกซิเจน-อะเซทิลีน เนื่องจากอุณหภูมิเปลวไฟจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในกระบวนการทำงานจะใช้หัวเตาแก๊ส เครื่องนี้มีประสิทธิภาพดี แต่ตัวเลือกการปรับที่จำกัดไม่อนุญาตให้คุณปรับแต่งพารามิเตอร์ของสระเชื่อม

มักใช้และวิธีการแบ่งการสัมผัสความร้อนด้วยการเชื่อมต่อของสองหัวเตา หนึ่งทำหน้าที่อุ่นเครื่องพื้นที่ทำงาน และที่สอง - โดยตรงสำหรับการเชื่อมแก๊สของชิ้นงานเป้าหมาย วิธีนี้เหมาะสำหรับแผ่นหนา 10 มม. หากไม่มีเตาที่สองจากนั้นคุณสามารถทำการทำความร้อนแบบสองด้านตามแนวตะเข็บในอนาคตได้ เอฟเฟกต์ไม่ได้คุณภาพสูงนัก แต่งานหลักก็สำเร็จ

ช่วยให้เทคนิคการเชื่อมแก๊สและการฉีดฟลักซ์เพื่อให้ได้โครงสร้างข้อต่อที่สะอาด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟลักซ์ของก๊าซถูกใช้ เช่น สารละลายอะซีโอทรอปิกของโบรอนเมทิลอีเทอร์กับเมทิล ไอระเหยที่ออกฤทธิ์ของสารผสมดังกล่าวจะถูกส่งไปยังเตา ซึ่งปรับเปลี่ยนลักษณะของสระเชื่อม เปลวไฟ ณ จุดนี้เปลี่ยนเป็นสีเขียว

คุณสมบัติของการเชื่อมอิเล็กโทรดคาร์บอน

วิธีการเชื่อมอาร์คที่เหมาะกับโลหะผสมทองแดง คุณสมบัติที่แตกต่างหลักของมันสามารถเรียกได้ว่าการยศาสตร์และความเก่งกาจ - อย่างน้อยในทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับกลไกของการดำเนินการทางกายภาพโดยผู้ปฏิบัติงาน ตัวอย่างเช่น ช่างเชื่อมสามารถทำการปรับแต่งได้โดยตรงในอากาศ โดยใช้ชุดอุปกรณ์ป้องกันเสริมขั้นต่ำ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอิเล็กโทรดคาร์บอนในระหว่างกระบวนการทำความร้อนให้พลังงานความร้อนในปริมาณที่เพียงพอซึ่งเชื่อมด้วยทองแดงพลังงานต่ำ กระบวนการนี้ไม่มีประสิทธิภาพ แต่การเชื่อมต่อได้รับคุณสมบัติทางกลที่จำเป็นทั้งหมด

การเชื่อมอาร์คด้วยมือ

เทคโนโลยีของวิธีการเชื่อมนี้เกี่ยวข้องกับการใช้อิเล็กโทรดเคลือบ ซึ่งหมายความว่าการเชื่อมต่อจะได้รับลักษณะความแข็งแรงที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของโครงสร้างผลิตภัณฑ์จะแตกต่างจากชิ้นงานหลักในท้ายที่สุด พารามิเตอร์การดัดแปลงเฉพาะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของสารออกซิไดซ์ผสมซึ่งมีอยู่ในการเคลือบอิเล็กโทรด ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนต่ำ ฟลูออร์สปา ผงอะลูมิเนียม ฯลฯ สามารถใช้ในองค์ประกอบที่ใช้งานได้ เทคโนโลยีการเชื่อมทองแดงและการผลิตสารเคลือบแบบอิสระช่วยให้ โดยปกติแล้วจะใช้ส่วนผสมแห้งซึ่งนวดในแก้วเหลว การเคลือบดังกล่าวทำให้ตะเข็บมีความหนาแน่นมากขึ้น แต่ค่าการนำไฟฟ้าของโครงสร้างลดลงอย่างมาก กระบวนการเชื่อมทั่วไปด้วยอิเล็กโทรดเคลือบมีลักษณะการกระเด็นสูง ซึ่งไม่พึงปรารถนาสำหรับทองแดง

การเชื่อมอาร์คจมอยู่ใต้น้ำ

ฟลักซ์สำหรับการเชื่อมด้วยทองแดงนั้นจำเป็นสำหรับอาร์คโคลงและที่สำคัญที่สุดคือเป็นเกราะป้องกันผลกระทบด้านลบของอากาศในบรรยากาศ กระบวนการนี้จัดโดยใช้กราไฟท์ที่ไม่สิ้นเปลืองหรืออิเล็กโทรดคาร์บอน เช่นเดียวกับแท่งวัสดุสิ้นเปลืองภายใต้ฟลักซ์เซรามิก หากใช้วัสดุสิ้นเปลืองคาร์บอน อิเล็กโทรดสำหรับการเชื่อมทองแดงจะถูกลับให้แหลมเพื่อสร้างปลายแบนในรูปทรงของไม้พาย วัสดุฟิลเลอร์ที่ทำจาก tomac หรือทองเหลืองจะถูกส่งไปยังพื้นที่ทำงานจากด้านข้าง - ซึ่งจำเป็นต่อการกำจัดโครงสร้างของตะเข็บ

ดำเนินการกับกระแสไฟตรงที่มีการทำความร้อน อุปสรรคในการป้องกันหลายอย่างยังคงรักษาโครงสร้างพื้นฐานของชิ้นงาน แม้ว่าช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์ส่วนใหญ่มักจะพยายามปรับปรุงองค์ประกอบของวัสดุด้วยลวดโลหะผสม อีกครั้ง เพื่อป้องกันการไหลหลอมที่ไม่ต้องการ ขอแนะนำให้เตรียมพื้นผิวกราไฟท์ในขั้นต้นซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแบบฟลักซ์ด้วย อุณหภูมิในการทำงานที่เหมาะสมสำหรับวิธีนี้คือ 300-400 °C

เครื่องเชื่อมอาร์คป้องกัน

งานเชื่อมด้วยการเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์และอุปกรณ์กึ่งอัตโนมัติอื่น ๆ จะดำเนินการในตัวกลางที่เป็นก๊าซพร้อมการป้อนลวด ในกรณีนี้ นอกจากอาร์กอนและไนโตรเจนแล้ว สามารถใช้ฮีเลียมและแก๊สผสมต่างๆ ได้ ข้อดีของเทคนิคนี้รวมถึงความเป็นไปได้ของการเจาะชิ้นงานหนาอย่างมีประสิทธิภาพด้วยการรักษาสมบัติเชิงกลของชิ้นงานในระดับสูง

ผลกระทบจากความร้อนอันทรงพลังอธิบายได้จากการไหลของพลาสมาที่มีประสิทธิภาพสูงในตัวกลางที่เป็นก๊าซที่กำลังลุกไหม้ แต่พารามิเตอร์เหล่านี้จะถูกกำหนดโดยลักษณะของอินเวอร์เตอร์รุ่นใดรุ่นหนึ่งโดยเฉพาะ ในขณะเดียวกันเทคนิคการเชื่อมอาร์กอนอาร์กของทองแดงเป็นที่นิยมมากกว่าเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่มีความหนา 1-2 มม. สำหรับฟังก์ชั่นการป้องกันของตัวกลางที่เป็นก๊าซนั้นไม่สามารถพึ่งพาได้อย่างสมบูรณ์ ยังคงมีความเสี่ยงของออกไซด์ ความพรุน และผลกระทบด้านลบของสารเติมแต่งจากลวด ในทางกลับกัน สภาพแวดล้อมของอาร์กอนช่วยปกป้องชิ้นงานจากการสัมผัสออกซิเจนในอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สรุป

ทองแดงมีคุณสมบัติมากมายที่แตกต่างจากโลหะอื่นๆ แต่ถึงแม้จะอยู่ในกลุ่มโลหะผสมทั่วไป ก็มีความแตกต่างมากมาย ซึ่งในแต่ละกรณีจำเป็นต้องมีการค้นหาแนวทางเฉพาะในการเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปตะเข็บ ตัวอย่างเช่น การเชื่อมแก๊สเหมาะสำหรับกรณีที่คุณต้องการการเชื่อมต่อที่แน่นหนาในชิ้นงานขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ผู้มาใหม่ไม่แนะนำให้ใช้วิธีนี้เนื่องจากข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสูงสำหรับการทำงานกับหัวเผาและถังแก๊ส งานเชื่อมรูปแบบขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงมอบความไว้วางใจให้กับเครื่องจักรกึ่งอัตโนมัติที่สะดวกและมีประสิทธิภาพ ผู้ปฏิบัติงานที่ไม่มีประสบการณ์สามารถจัดการอุปกรณ์ดังกล่าวได้ โดยควบคุมพารามิเตอร์ของเวิร์กโฟลว์ได้อย่างเต็มที่ อย่าลืมเกี่ยวกับความสำคัญของสื่อก๊าซ สามารถใช้เป็นฉนวนของชิ้นงานได้ในระหว่างการเชื่อม แต่ยังเป็นวิธีการปรับปรุงคุณสมบัติทางเทคนิคและทางกายภาพของวัสดุอีกด้วย เช่นเดียวกับอิเล็กโทรด ซึ่งสามารถส่งผลบวกในการเจือปน