สามารถเชื่อมโลหะผสมทองแดงได้หรือไม่?

ใช่โลหะผสมทองแดงสามารถเชื่อมได้ แต่พวกเขานำเสนอความท้าทายที่ไม่เหมือนใครเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ซึ่งแตกต่างจากเหล็กซึ่งเชื่อมได้อย่างง่ายดายด้วยกระบวนการมาตรฐานโลหะผสมทองแดง (เช่นทองเหลือง, บรอนซ์หรือ cupronickel) มีค่าการนำความร้อนสูงจุดหลอมเหลวต่ำและแนวโน้มที่จะออกซิไดซ์ - ปัจจัยที่ต้องใช้เทคนิคพิเศษ อย่างไรก็ตามด้วยวิธีการที่เหมาะสมโลหะผสมทองแดงสามารถเชื่อมเพื่อสร้างข้อต่อที่แข็งแรงและทนทานที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานตั้งแต่การประปาและส่วนประกอบไฟฟ้าไปจนถึงงานตกแต่งโลหะ

ทำไมโลหะผสมทองแดงจึงท้าทายในการเชื่อม

ก่อนที่จะสำรวจวิธีการเชื่อมสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าทำไมโลหะผสมทองแดงต้องใช้การจัดการพิเศษ:

1. การนำความร้อนสูง

ทองแดงดำเนินการร้อนเร็วกว่าเหล็กสูงถึง 5 เท่า เมื่อเชื่อมความร้อนจากส่วนโค้งหรือเปลวไฟแพร่กระจายอย่างรวดเร็วจากโซนเชื่อมทำให้ยากที่จะไปถึงจุดหลอมละลายของโลหะผสม (โดยทั่วไปคือ 1,600-2,000 องศา F สำหรับโลหะผสมทองแดงส่วนใหญ่) สิ่งนี้สามารถนำไปสู่:

ฟิวชั่นที่ไม่สมบูรณ์: โลหะฐานไม่ละลายพอที่จะผูกมัดกับฟิลเลอร์สร้างข้อต่อที่อ่อนแอ

อินพุตความร้อนที่มากเกินไป: เพื่อชดเชยช่างเชื่อมอาจใช้ความร้อนที่สูงขึ้นซึ่งสามารถบิดเบี้ยวทองแดงบาง ๆ หรือเผาไหม้ผ่านชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน

2. การออกซิเดชั่นและการดูดซับก๊าซ

โลหะผสมทองแดงทำปฏิกิริยากับออกซิเจนไฮโดรเจนและซัลเฟอร์ที่อุณหภูมิสูงก่อตัวเป็นสารประกอบเปราะที่อ่อนแอลง:

ออกซิเดชัน: Copper Oxide (CUO) ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวเมื่อความร้อนสร้างเลเยอร์ที่มีความแข็ง, แตก - ที่ป้องกันการหลอมรวมที่เหมาะสม

การดูดซึมไฮโดรเจน: ทองแดงหลอมเหลวดูดซับไฮโดรเจนจากความชื้นในอากาศหรือโลหะฟิลเลอร์ที่ปนเปื้อน เมื่อเชื่อมทำให้เย็นลงไฮโดรเจนจะสร้างฟองอากาศ (รูพรุน) ลดความแข็งแรง

ซัลเฟอร์ embrittlement: การสัมผัสกับซัลเฟอร์ (จากเชื้อเพลิงหรือเครื่องมือที่ปนเปื้อน) สร้างคอปเปอร์ซัลไฟด์ซึ่งทำให้รอยเชื่อมเปราะและมีแนวโน้มที่จะแตก

3. จุดหลอมเหลวต่ำ (เทียบกับการแพร่กระจายความร้อน)

โลหะผสมทองแดงละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่าเหล็ก แต่สูญเสียความแข็งแรงอย่างรวดเร็วเมื่อถูกความร้อน ซึ่งหมายความว่าโลหะรอบ ๆ เชื่อม (ความร้อน - โซนที่ได้รับผลกระทบ HAZ) สามารถทำให้อ่อนลงหรือเปลี่ยนรูปได้แม้ว่าการเชื่อมจะหลอมรวมอย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่นทองเหลือง (ทองแดง - โลหะผสมสังกะสี) อาจ "ร้องไห้" สังกะสีที่อุณหภูมิสูงทำให้ HAZ อ่อนตัวลงและทำให้เกิดความพรุน

วิธีการเชื่อมสำหรับโลหะผสมทองแดง

แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ แต่กระบวนการเชื่อมหลายอย่างทำงานให้กับโลหะผสมทองแดงเมื่อปรับให้เข้ากับความต้องการของพวกเขา วิธีที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับประเภทโลหะผสมความหนาและการใช้งาน:

1. การเชื่อม TIG (GTAW)

การเชื่อม TIG เป็นกระบวนการที่พบได้บ่อยที่สุดและหลากหลายสำหรับโลหะผสมทองแดง มันใช้อิเล็กโทรดทังสเตนที่ไม่ได้ใช้ - และก๊าซป้องกันเพื่อป้องกันสระเชื่อมช่วยได้อย่างแม่นยำในการควบคุมความร้อน ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:

การป้องกันแก๊ส: อาร์กอนบริสุทธิ์หรืออาร์กอน - ผสมฮีเลียม (70% อาร์กอน + 30% ฮีเลียม) ทำงานได้ดีที่สุด ฮีเลียมเพิ่มความร้อนอาร์คเพื่อต่อต้านการนำความร้อนของทองแดงในขณะที่อาร์กอนป้องกันการเกิดออกซิเดชัน

Filler Metal: ใช้แท่งฟิลเลอร์ที่ตรงกับโลหะผสม (เช่น ERCU สำหรับทองแดงบริสุทธิ์, Ercusi - A สำหรับซิลิคอนบรอนซ์, ercuzn - A สำหรับทองเหลือง) โลหะฟิลเลอร์มักจะมี deoxidizers (เช่นซิลิกอนหรือฟอสฟอรัส) เพื่อดูดซับออกซิเจนและลดความพรุน

การอุ่น: สำหรับทองแดงหนา (มากกว่า¼นิ้ว) ให้ร้อนถึง 300–800 องศา F เพื่อชะลอการสูญเสียความร้อนและทำให้แน่ใจว่าฟิวชั่น ชิ้นบาง ๆ อาจไม่จำเป็นต้องอุ่น แต่ต้องมีส่วนโค้งที่มุ่งเน้นเพื่อหลีกเลี่ยงการแปรปรวน

การเชื่อม TIG เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมทองแดงขนาดกลางถึงปานกลาง (สูงถึง½นิ้ว) และสร้างรอยเชื่อมที่สะอาดและแม่นยำ - เหมาะสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้าหรือชิ้นส่วนตกแต่ง

2. การเชื่อม MIG (GMAW)

การเชื่อม MIG สามารถใช้งานได้กับโลหะผสมทองแดงที่หนาขึ้น (½นิ้วหรือมากกว่า) แต่ต้องใช้เครื่องแอมแปร์ - สูงและสายพิเศษ:

การเลือกสายไฟ: ใช้ทองแดง - สายไฟผสมโลหะผสม (เช่น ERCU สำหรับทองแดงบริสุทธิ์ ERCUSI สำหรับซิลิคอนบรอนซ์) กับตัวแทน deoxidizing สำหรับทองเหลืองให้ใช้สายไฟต่ำ - ซิงค์เพื่อลดการระเหยของสังกะสี (ซึ่งทำให้เกิดความพรุน)

การป้องกันก๊าซ: อาร์กอน - ผสมฮีเลียม (50% อาร์กอน + 50% ฮีเลียม) ให้ความร้อนสูงที่จำเป็นในการละลายทองแดงหนา หลีกเลี่ยงการผสมCO₂ซึ่งทำให้เกิดออกซิเดชัน

ความเร็วในการเดินทาง: เชื่อมได้อย่างรวดเร็วเพื่อลดการแพร่กระจายความร้อน แต่ช้าพอที่จะทำให้แน่ใจว่าฟิวชั่น amperage arc amperage amperage (200–400 แอมป์) มีความสำคัญสำหรับส่วนหนา

การเชื่อม MIG นั้นเร็วกว่า TIG สำหรับโครงการขนาดใหญ่ (เช่นท่อทองแดงหรืออุปกรณ์อุตสาหกรรม) แต่สร้างความกระเจี๊ยบมากขึ้นต้องใช้โพสต์ - การทำความสะอาดเชื่อม

3. oxy - การเชื่อมอะเซทิลีน

Oxy - acetylene เป็นวิธีดั้งเดิมสำหรับชิ้นส่วนโลหะผสมทองแดงขนาดเล็กโดยใช้เปลวไฟเพื่อละลายโลหะและฟิลเลอร์ มันทำงานได้ดีที่สุดสำหรับโลหะผสมบาง (16 มาตรวัดถึง¼นิ้ว) แต่ต้องใช้ทักษะในการหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป:

ประเภทเปลวไฟ: ใช้เปลวไฟที่เป็นกลางหรือลดลงเล็กน้อย (เพื่อลดการเกิดออกซิเดชัน) เปลวไฟ carburizing (อะเซทิลีนมากเกินไป) สามารถปนเปื้อนการเชื่อมด้วยคาร์บอน

ฟิลเลอร์และฟลักซ์: ใช้ทองแดง - แท่งอัลลอยด์ฟิลเลอร์และฟลักซ์ที่ใช้ Borax - เพื่อละลายออกไซด์และป้องกันสระที่หลอมเหลว ฟลักซ์จะต้องถูกลบออกหลังจากการเชื่อมเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

การควบคุมความร้อน: ให้เปลวไฟมุ่งเน้นไปที่โซนเชื่อมเพื่อต่อต้านการสูญเสียความร้อน ย้ายอย่างรวดเร็วเพื่อหลีกเลี่ยงการแปรปรวนโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับทองเหลือง (ซึ่งอ่อนนุ่มได้ง่าย)

Oxy - acetylene เป็นแบบพกพาและราคาไม่แพงสำหรับมือสมัครเล่น แต่ช้ากว่าและแม่นยำน้อยกว่า TIG สำหรับข้อต่อที่สำคัญ

4. การเชื่อมความต้านทาน

การเชื่อมความต้านทาน (การเชื่อมเฉพาะหรือการเชื่อมตะเข็บ) ใช้สำหรับแผ่นทองแดงบาง ๆ หรือหน้าสัมผัสไฟฟ้า มันใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนกับโลหะที่ข้อต่อหลอมรวมโดยไม่มีฟิลเลอร์:

ข้อดี: เร็วสะอาดและเหมาะสำหรับการผลิตระดับเสียงสูง - (เช่นขั้วแบตเตอรี่หรือบาร์บัสทองแดง)

ข้อ จำกัด : ใช้งานได้เฉพาะชิ้นส่วนที่บางและต้องใช้แรงดันที่แม่นยำและการควบคุมกระแสไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงการเผาไหม้

เคล็ดลับสำคัญสำหรับการเชื่อมโลหะผสมทองแดงที่ประสบความสำเร็จ

เพื่อเอาชนะความท้าทายของทองแดงให้ทำตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดเหล่านี้:

ทำความสะอาดโลหะให้สะอาด: กำจัดออกไซด์สิ่งสกปรกหรือน้ำมันด้วยแปรงลวดกระดาษทรายหรือ degreaser (อะซิโตน) สารปนเปื้อนทำให้เกิดความพรุนและฟิวชั่นที่ไม่ดี

ใช้โลหะฟิลเลอร์ deoxidized: สายไฟฟิลเลอร์กับซิลิกอน, ฟอสฟอรัสหรือแมงกานีสดูดซับออกซิเจนลดออกไซด์ในการเชื่อม ตัวอย่างเช่นฟิลเลอร์บรอนซ์ซิลิกอน (Ercusi - A) เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับโลหะผสมทองแดงส่วนใหญ่

อินพุตความร้อนควบคุม: ใช้แอมแปร์ที่สูงขึ้น (สำหรับการเชื่อมอาร์ค) หรือเปลวไฟโฟกัส (สำหรับ oxy - acetylene) เพื่อต่อต้านการสูญเสียความร้อน เปิดโลหะหนา ๆ แต่หลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป

ปกป้องการเชื่อมด้วยการป้องกัน: ใช้ก๊าซเฉื่อย (อาร์กอนหรืออาร์กอน - ฮีเลียม) สำหรับการเชื่อมอาร์คหรือฟลักซ์สำหรับออกซิเจน - อะเซทิลีนเพื่อบล็อกออกซิเจนและไฮโดรเจน

เย็นช้า (เมื่อจำเป็น): โลหะผสม (เช่นฟอสเฟอร์บรอนซ์) ได้รับประโยชน์จากการระบายความร้อนช้าเพื่อลดความเครียดและการแตกร้าว ครอบคลุมการเชื่อมด้วยความร้อน - ผ้าห่มต้านทานหากจำเป็น

อัลลอยด์ที่เชื่อมได้ดีที่สุด (และสิ่งที่ยุ่งยาก)

ไม่ใช่โลหะผสมทองแดงทั้งหมดเชื่อมได้ดีเท่ากัน บางคนให้อภัยมากขึ้นในขณะที่คนอื่นต้องการการดูแลเป็นพิเศษ:

ง่ายที่สุดในการเชื่อม:

ซิลิคอนบรอนซ์: มีซิลิกอน (deoxidizer) ที่ลดการเกิดออกซิเดชัน เชื่อมอย่างหมดจดด้วย TIG หรือ MIG

ฟอสเฟอร์บรอนซ์: ฟอสฟอรัสช่วยลดการเกิดออกซิเดชัน แต่หลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปเพื่อป้องกันความเปราะบาง

Cupronickel (ทองแดง - นิกเกิล): ต่อต้านการกัดกร่อนและเชื่อมได้ดีกับนิกเกิล - ฟิลเลอร์และการป้องกันอาร์กอน

ยุ่งยากกว่าที่จะเชื่อม:

ทองเหลือง (ทองแดง - สังกะสี): สังกะสีระเหยที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดความพรุน ใช้ฟิลเลอร์สังกะสีต่ำ - และรักษาความร้อนต่ำ

อลูมิเนียมบรอนซ์: อลูมิเนียมเป็นชั้นออกไซด์ที่ยากซึ่งต้องใช้ฟลักซ์ก้าวร้าวหรือความร้อนสูงเพื่อสลาย TIG กับ Argon - Helium Mix ทำงานได้ดีที่สุด

ทองแดงบริสุทธิ์: การนำความร้อนสูงทำให้ยากที่จะหลอมรวม อุ่นและใช้สูง - amperage tig กับอาร์กอน - ฮีเลียม

ข้อสรุป

โลหะผสมทองแดงสามารถเชื่อมได้สำเร็จด้วยกระบวนการที่เหมาะสมโลหะฟิลเลอร์และเทคนิค ในขณะที่การนำความร้อนสูงและแนวโน้มออกซิเดชันทำให้พวกเขามีความท้าทายมากกว่าเหล็กวิธีการเช่น TIG (สำหรับความแม่นยำ), MIG (สำหรับโลหะหนา) และ oxy - อะเซทิลีน (สำหรับพกพา) สร้างข้อต่อที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้เมื่อดำเนินการอย่างเหมาะสม โดยมุ่งเน้นไปที่การควบคุมความร้อนความสะอาดและการป้องกันช่างเชื่อมสามารถเข้าร่วมโลหะผสมทองแดงสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ท่ออุตสาหกรรมไปจนถึงศิลปะโลหะที่กำหนดเอง

กุญแจสำคัญคือการจับคู่กระบวนการกับโลหะผสม: TIG สำหรับชิ้นส่วนที่บางและตกแต่ง; MIG สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างหนา และการเชื่อมความต้านทานสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้าระดับสูง - ด้วยการฝึกซ้อมโลหะผสมทองแดง - เมื่อพิจารณาว่า "ไม่สามารถทำได้" โดยผู้เริ่มต้น - กลายเป็นวัสดุที่จัดการได้สำหรับการสร้างรอยเชื่อมที่ทนทานและใช้งานได้