Het lassen van koper en koperlegeringen is een unieke uitdaging vanwege hun hoge thermische geleidbaarheid en neiging tot scheuren. Dit artikel behandelt verschillende lastechnieken, materialen en voorbereidingsmethoden die essentieel zijn voor het succesvol lassen van koper en koperlegeringen. Lezers zullen meer leren over de specifieke lasbaarheidsproblemen, voorbereidingen voor het lassen en de selectie van geschikte lasmethoden en materialen. Door deze factoren te begrijpen, kan men de prestaties en betrouwbaarheid van koperlassen verbeteren, wat cruciaal is voor toepassingen in tal van industrieën.
Koper en koperlegeringen worden veel gebruikt in verschillende industrieën vanwege hun uitzonderlijke combinatie van eigenschappen. Deze materialen hebben een superieur elektrisch en thermisch geleidingsvermogen, een hoge weerstand tegen oxidatie en een uitstekende weerstand tegen corrosie in diverse omgevingen, waaronder zoet water, zout water, alkalische oplossingen en organische chemicaliën. Het is echter belangrijk op te merken dat ze gevoelig zijn voor corrosie in oxiderende zuren.
Koperlegeringen hebben een uitstekende vervormbaarheid in zowel koude als warme bewerkingsprocessen, in combinatie met een grotere sterkte in vergelijking met zuiver koper. Hun veelzijdigheid heeft geleid tot een wijdverspreide toepassing in kritieke sectoren zoals de elektrische en elektronische industrie, chemische verwerking, voedselproductie, energieopwekking, transport, ruimtevaart en defensie.
De industriële productie van koper en koperlegeringen levert een breed scala aan materialen op, die meestal worden ingedeeld op basis van hun chemische samenstelling. De primaire categorieën omvatten:
1. Zuiver koper: Zacht gegloeid zuiver koper heeft de voorkeur voor lasconstructies. Gangbare kwaliteiten zijn T1, T2, T3, T4 en zuurstofvrije kopervarianten zoals TU1 en TU2.
2. Messing: Deze koper-zinklegeringen bieden een evenwicht van sterkte, vervormbaarheid en corrosiebestendigheid. Veel gebruikte kwaliteiten zijn H62, H68, H96 en speciale legeringen zoals loodmessing (HPb59-1) en tinmessing (HSn62-1).
3. Brons: Oorspronkelijk verwees deze term naar koper-tin legeringen, maar nu omvat deze term koperlegeringen waarbij zink of nikkel niet het primaire legeringselement is. Opvallende types zijn:
4. Wit Koper (Cupronikkel): Deze koper-nikkel legeringen vertonen een opmerkelijke weerstand tegen corrosie, vooral in mariene omgevingen.
Elk van deze op koper gebaseerde materialen biedt unieke combinaties van eigenschappen, waardoor ingenieurs en ontwerpers de optimale legering voor specifieke toepassingen kunnen kiezen. De voortdurende ontwikkeling van nieuwe koperlegeringen en verwerkingstechnieken blijft hun toepassingsmogelijkheden in geavanceerde technologieën en veeleisende omgevingen uitbreiden.
De lasbaarheid van koper en koperlegeringen is relatief slecht, waardoor het veel moeilijker te lassen is dan staal met een laag koolstofgehalte. De belangrijkste problemen zijn te vinden in de volgende aspecten:
(1) Slecht vermogen tot lasvorming:
Bij het lassen van koper en de meeste koperlegeringen kunnen problemen optreden bij het smelten, kan de lasverbinding onvolledig doordringen en kan het oppervlak slecht worden gevormd. Dit komt voornamelijk door het hoge warmtegeleidingsvermogen van koper, waarbij het warmtegeleidingsvermogen van koper en de meeste koperlegeringen 7 tot 11 keer hoger is dan dat van gewoon koolstofstaal.
Hierdoor wordt de warmte snel afgevoerd van de laszone. Hoe dikker het werkstuk, hoe ernstiger de warmteafvoer. Hoewel koper een lager smeltpunt en een lagere specifieke warmtecapaciteit heeft dan ijzer, is het nog steeds een uitdaging om de smelttemperatuur in de laszone te bereiken, waardoor het basismetaal en het toevoegmetaal moeilijk samensmelten.
Bovendien leidt de uitstekende thermische geleidbaarheid van koper tot een bredere warmte-beïnvloede zone, wat kan resulteren in aanzienlijke vervorming wanneer het werkstuk een lage stijfheid heeft. Omgekeerd kan een hoge stijfheid aanzienlijke lasspanningen in het werkstuk veroorzaken.
De slechte oppervlaktevorming in koper en koperlegeringen wordt voornamelijk toegeschreven aan het feit dat de oppervlaktespanning tijdens het smelten een derde is van die van staal, en de vloeibaarheid 1 tot 1,5 keer groter is dan die van staal, waardoor het gevoeliger is voor metaalverlies tijdens het smelten.
Daarom moet bij het lassen van zuiver koper en de meeste sterk geleidende koperlegeringen, naast het gebruik van een hoog vermogen en een hoge energiedichtheid lasmethodenHet is ook noodzakelijk om verschillende graden van voorverwarming toe te passen. Het is niet toegestaan om enkelzijdig te lassen zonder ondersteuning en bij enkelzijdig lassen moet een steunplaat worden toegevoegd om de vorming van de lasnaad te controleren.
(2) Hoge gevoeligheid voor warmscheuren in lassen en warmte-beïnvloede zones:
De neiging tot warmscheuren in lassen is gerelateerd aan de invloed van onzuiverheden in de las en wordt ook beïnvloed door de spanningen die ontstaan tijdens het lassen. lasproces. Zuurstof is een veel voorkomende onzuiverheid in koper en heeft een grote invloed op de neiging tot warmscheuren in lassen.
Bij hoge temperaturen reageert koper met zuurstof in de lucht om Cu2O. Cu2O is oplosbaar in vloeibaar koper maar niet in vast koper en vormt een eutecticum met een laag smeltpunt. Onzuiverheden zoals Bi en Pb in koper en koperlegeringen hebben een laag smeltpunt.
Tijdens het stolproces van het smeltbad vormen ze eutecten met een laag smeltpunt die zich verdelen tussen dendrieten of op korrelgrenzen, waardoor aanzienlijke thermische brosheid ontstaat in koper en koperlegeringen. Wanneer de las in de vast-vloeibare fase is, smelten de eutecten met een laag smeltpunt in de warmte-beïnvloede zone opnieuw onder invloed van lasspanningen, wat resulteert in warmtescheuren.
Koper en koperlegeringen hebben relatief hoge lineaire uitzettingscoëfficiënten en krimpsnelheden, en ze hebben ook een sterk warmtegeleidingsvermogen. Bij het lassen zijn hittebronnen met een hoog vermogen nodig, wat resulteert in een bredere warmte-beïnvloede zone. Hierdoor wordt de gelaste verbindingen ondervinden aanzienlijke interne spanningen, wat een andere factor is die leidt tot scheuren in lassen van koper en koperlegeringen.
Bovendien bestaat het lasmetaal bij het lassen van zuiver koper uit een eenfasige structuur. Door de hoge warmtegeleiding van zuiver koper heeft de las de neiging om grove korrels te vormen. Dit verergert de vorming van warmtescheuren.
Om de vorming van hittescheuren te voorkomen bij het smeltlassen van koper lassen en koperlegeringen moeten de volgende metallurgische maatregelen worden genomen:
1) Controleer strikt het gehalte aan onzuiverheden (zoals zuurstof, bismut, lood, zwavel, enz.) in koper.
2) Het deoxidatievermogen van de las verbeteren door legeringselementen zoals silicium, mangaan, fosfor enz. aan de lasdraad toe te voegen.
3) Selecteer lasmaterialen die een duplexstructuur kan verkrijgen, wat de continuïteit van eutectische films met een laag smeltpunt verstoort en de richting van kolomvormige korrels verandert.
4) Neem maatregelen zoals voorverwarmen en langzaam afkoelen om de lasspanningen te verminderen, de grootte van de lasnaad te minimaliseren en de afmetingen van de lasnaad te vergroten om scheurvorming te voorkomen.
(3) Gevoeligheid voor porositeitsvorming:
Bij het smeltlassen van koper en koperlegeringen is de neiging tot poreusheid veel groter dan bij koolstofarm staal. Om porositeit in koperlassen te verminderen en te elimineren, zijn de belangrijkste maatregelen het verminderen van de bronnen van waterstof en zuurstof en voorverwarmen om de bestaansduur van het smeltbad te verlengen, zodat gassen gemakkelijker kunnen ontsnappen.
Gebruik lasdraden met sterke desoxidanten zoals aluminium, titaniumetc. (die ook stikstof en waterstof kunnen verwijderen) of het toevoegen van elementen als aluminium en tin aan koperlegeringen kan goede resultaten opleveren op het gebied van deoxidatie.
(4) Afgenomen lasverbinding prestaties:
Tijdens het smeltlasproces van koper en koperlegeringen ondervinden de lasverbindingen ernstige korrelgroei, verdamping en afbranding van legeringselementen en infiltratie van onzuiverheden, wat leidt tot een afname van de mechanische eigenschappen, het elektrisch geleidingsvermogen en de corrosiebestendigheid van de lasverbindingen.
1) Significante afname in vervormbaarheid:
De las en de warmte-beïnvloede zone ondergaan korrelverkleining en er verschijnen verschillende brosse eutecten met een laag smeltpunt op de korrelgrenzen, waardoor de hechtsterkte van het metaal verzwakt en de ductiliteit en taaiheid van de lasverbinding aanzienlijk afnemen. Bijvoorbeeld, bij het gebruik van zuiver koperen laselektroden voor booglassen of onder poederdek lassen, is de rek van de verbinding slechts ongeveer 20% tot 50% van het basismateriaal.
2) Afname van elektrische geleidbaarheid:
De toevoeging van een element aan koper zal de elektrische geleidbaarheid verminderen. Daarom zal het smelten van onzuiverheden en legeringselementen tijdens het lasproces de elektrische geleiding tot op zekere hoogte verslechteren. elektrische geleidbaarheid van koper joints.
3) Verminderde corrosiebestendigheid:
De corrosiebestendigheid van koperlegeringen wordt bereikt door legering met elementen zoals zink, mangaan, nikkel, aluminium, enz. De verdamping en oxidatie van deze elementen tijdens het smeltlasproces zal tot op zekere hoogte de corrosiebestendigheid van de lasverbinding verminderen. Het ontstaan van lasspanningen verhoogt ook het risico op spanningscorrosie.
Maatregelen om de prestaties van de lasverbinding te verbeteren hebben voornamelijk betrekking op het controleren van het gehalte aan onzuiverheden, het verminderen van de afbranding van de legering en het uitvoeren van een warmtebehandeling om de microstructuur van de las te wijzigen. Het minimaliseren van de warmte-inbreng tijdens het lassen en het toepassen van een spanningsontlastende behandeling na het lassen zijn ook nuttig.
Het lassen van koper en koperlegeringen vormt een unieke uitdaging vanwege de uitzonderlijke thermische geleidbaarheid van het materiaal. Er is een breed scala aan lastechnieken beschikbaar, elk met specifieke voordelen voor verschillende toepassingen. Gangbare methoden zijn onder andere gaslassen, booglassen met afgeschermd metaal (SMAW), TIG-lassen (Tungsten inert gas), booglassen met gasmetaal (GMAW/MIG) en booglassen onder poederdek (SAW).
De selectie van de optimale lasmethode moet gebaseerd zijn op meerdere factoren:
De superieure thermische geleidbaarheid van koper (bijna 6 keer die van staal) vereist lasmethoden met een hoge vermogensdichtheid en geconcentreerde warmte-inbreng. Dit helpt een snelle warmteafvoer te voorkomen en zorgt voor een goede samensmelting. Over het algemeen wordt de voorkeur gegeven aan technieken met een hogere thermische efficiëntie en een gerichte energieafgifte.
De dikte van het kopermateriaal is van grote invloed op de keuze van de lasmethode:
Opkomende technologieën zoals laserlassen en hybride laser-booglassen worden steeds populairder voor het lassen van koper, omdat ze een hoge precisie en minimale warmte-beïnvloede zones bieden.
De juiste selectie van toevoegmetalen, beschermgassen en warmtebehandelingen voor en na het lassen zijn cruciaal voor het bereiken van een optimale laskwaliteit bij koper en koperlegeringen. Daarnaast zijn strikte reinheid en oppervlaktevoorbereiding essentieel vanwege de gevoeligheid van koper voor oxidatie en verontreiniging.
1) Laskabel:
Bij het selecteren van lasdraad voor koper en koperlegeringen is het niet alleen cruciaal om te voldoen aan algemene proces- en metallurgische vereisten, maar ook om het gehalte aan onzuiverheden zorgvuldig te beheersen en de deoxidatiemogelijkheden te verbeteren. Dit is essentieel om de vorming van hittescheuren en porositeit, veelvoorkomende problemen bij het lassen van koper, te voorkomen.
Voor het lassen van zuiver koper wordt de draad meestal gelegeerd met desoxiderende elementen zoals Silicium (Si), Mangaan (Mn) en Fosfor (P). Deze elementen helpen zuurstof uit het smeltbad te verwijderen, waardoor het risico op porositeit afneemt en de algehele laskwaliteit verbetert. Een veelgebruikte optie is de hoogzuivere koperen lasdraad HSCu. Deze draad is veelzijdig en kan in verschillende lasprocessen worden gebruikt:
2) Laselektroden:
Booglaselektroden voor kopertoepassingen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: koper en brons. Bronzen elektroden worden vaker gebruikt vanwege hun superieure prestatiekenmerken.
Koperelektroden, vooral elektroden die zink bevatten (zoals in messinglegeringen), worden zelden gebruikt in booglasprocessen. Dit komt voornamelijk door de hoge dampdruk van zink bij lastemperaturen, die kan leiden tot overmatige rookontwikkeling, porositeit en inconsistent booggedrag.
Bronzen elektroden bieden daarentegen een stabielere boog en een betere lasbaarheid. Ze zijn bijzonder effectief bij het lassen van koper aan zichzelf of aan andere koperlegeringen. Twee veelgebruikte elektrodensoorten in deze categorie zijn:
Bij het kiezen van elektroden moeten factoren zoals de samenstelling van het basismetaal, de vereiste mechanische eigenschappen en specifieke toepassingsvereisten zorgvuldig in overweging worden genomen om optimale lasresultaten te garanderen.
De voorbehandelingseisen voor lasnaden van koper en koperlegeringen zijn streng vanwege de hoge thermische geleidbaarheid van deze materialen en hun gevoeligheid voor oxidatie. De primaire focus van het reinigen vóór het lassen is het verwijderen van verontreinigingen en oxidelagen om een optimale laskwaliteit en lasprestaties te garanderen.
Begin met het grondig ontvetten van de lasnaad en het omliggende gebied (ongeveer 30 mm aan elke kant) met een geschikt oplosmiddel zoals aceton of isopropylalcohol. Deze stap is cruciaal voor het verwijderen van olie of organische verontreinigingen die de integriteit van de las kunnen aantasten.
Gebruik na het ontvetten een chemisch reinigingsproces in twee stappen:
Gebruik voor mechanische oxideverwijdering een roestvaststalen draadborstel of -schijf die speciaal bedoeld is voor koper. Pneumatische gereedschappen kunnen de efficiëntie verhogen, maar zorg ervoor dat u niet te veel materiaal verwijdert of het oppervlak vervuilt. Ga door met borstelen totdat een uniforme, heldere metallic glans is bereikt.
Vulmetalen vereisen vergelijkbare aandacht. Reinig lasdraad mechanisch met een pluisvrije doek of fijn schuurpapier om oppervlakteoxiden te verwijderen vlak voor gebruik. Overweeg bij grotere werkzaamheden geautomatiseerde draadreinigingssystemen om een constante kwaliteit te behouden.
Beperk na het reinigen de tijd tussen het prepareren en het lassen tot een minimum om heroxidatie te voorkomen. Als onmiddellijk lassen niet mogelijk is, bewaar de geprepareerde onderdelen dan in een gecontroleerde omgeving met een lage luchtvochtigheid en bescherm de oppervlakken met geschikte antioxidanten die compatibel zijn met het lasproces.
Zorg voor de juiste veiligheidsmaatregelen bij het werken met chemicaliën, waaronder de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) en voldoende ventilatie. Houd je aan de plaatselijke milieuvoorschriften voor het afvoeren van gebruikte reinigingsoplossingen.
Gaslassen:
Gaslassen is geschikt voor het verbinden van dunne koperen onderdelen, het repareren van koperen onderdelen of het lassen van niet-kritieke structuren. De veelzijdigheid maakt het bijzonder nuttig bij onderhouds- en reparatiewerkzaamheden.
1) Voorverwarmen voor het lassen:
Voorverwarmen is essentieel voor het autogeen lassen van zuiver koper om interne spanningen te verminderen, scheurvorming te voorkomen, porositeit te verminderen en volledige inbranding te garanderen. Verwarm voor dunne platen en kleine lasstukken voor tot 400-500°C (752-932°F). Verhoog de voorverwarmingstemperatuur tot 600-700°C (1112-1292°F) voor dikke en grote lasstukken. Messing- en bronslegeringen hebben meestal iets lagere voorverwarmingstemperaturen nodig vanwege hun verschillende thermische eigenschappen.
2) Selectie van lasparameters en -techniek:
Gezien de hoge thermische geleidbaarheid van koper, moet de vurenergie voor het lassen 1-2 keer hoger zijn dan die voor koolstofstaal. Bij het lassen van zuiver koper is het cruciaal om een neutrale vlam te behouden.
Een oxiderende vlam kan leiden tot lasoxidatie en verlies van legeringselementen, wat de integriteit van de las aantast. Omgekeerd verhoogt een carboniserende vlam het waterstofgehalte in de las, wat de vorming van porositeit bevordert.
Gebruik voor dunne platen de linkse lastechniek om korrelgroei te minimaliseren. Voor werkstukken dikker dan 6 mm (0,24 inch) heeft de rechtshandige lasmethode de voorkeur, omdat deze een hogere verwarming van het basismetaal mogelijk maakt en zorgt voor een beter zicht op het smeltbad, wat de operationele efficiëntie verbetert.
Zorg voor een snelle, continue beweging van de lastoorts en vermijd willekeurige onderbrekingen in elke lasnaad. Idealiter wordt elke lasnaad in één keer afgemaakt om uniformiteit te garanderen en de kans op defecten te verkleinen.
Houd bij het lassen van lange naden voor het lassen rekening met krimp en zorg voor de juiste positionering. Gebruik de gesegmenteerde terugstapmethode tijdens het lassen om vervorming en restspanningen te minimaliseren.
Pas voor spanningsdragende of kritische koperen lasnaden lasbehandelingen toe:
Deze nabehandelingen helpen de korrelstructuur te verfijnen, restspanningen te verlichten en de algehele laskwaliteit te verbeteren, zodat de gelaste koperen componenten optimaal presteren.
Er is een elektrode-watermantel, gemaakt van gedesoxideerd koper TU1. De elektrodeverbinding wordt gelast met MIG-lassen en het specifieke lasproces staat in Tabel 5-37.
Tabel 5-37 Lasproceskaart voor TU1-verbinding
| Lasproceskaart voor naadlassen | Aantal | |||
Gezamenlijk diagram: | Basismateriaal Materiaal | TU1 | TU1 | |
| Dikte basismateriaal | 15 mm | 15 mm | ||
| Laspositie | Vlak lassen | |||
| Lastechniek | Recht laspad | |||
| Voorverwarmingstemperatuur | 500℃ | |||
| Interpass-temperatuur | ≥500℃ | |||
| Mondstuk Diameter | Φ26mm | |||
| Beschermend gas | Ar | Gasstroom (L/min) | Voor: 25~30 Terug: | |
| Lasvolgorde | |
| 1 | Inspecteer de groefafmetingen en de oppervlaktekwaliteit. |
| 2 | Verwijder olie of vuil uit de groef en de omgeving. Reinig het vet met een 10% NaOH-wateroplossing bij een temperatuur van 30~40℃, spoel daarna af met schoon water en droog. Verwijder de oxidelaag door te slijpen met een roestvrij staaldraadschijf, spoel dan met alkalisch water, gevolgd door spoelen met schoon water en drogen. |
| 3 | Voer hechtlassen uit voor de eerste laag met behulp van een uitwendige positioneringslastechniek. De lengte moet 100 mm zijn en de afstand tussen de laspunten mag niet meer dan 300 mm zijn. Als er scheuren ontstaan in de hechtlasnaad, verwijder deze dan en las opnieuw. |
| 4 | Splits de elektroden op een speciaal ontworpen armatuur. Verwarm het werkstuk voor met elektrische verwarming, met een voorverwarmingstemperatuur van 500℃, en zorg ervoor dat de temperatuur van de tussenlaag niet lager blijft dan 500℃. |
| 5 | Begin vanaf de buitenkant te lassen om de vorming van lasrupsen aan de binnenkant van de lasnaad te voorkomen. Zorg ervoor dat de rondheid van de binnencirkel van de elektrode en de gladheid van het binnenoppervlak. |
| 6 | Voer een visuele inspectie uit. |
| 7 | Rechtzetten indien nodig. |
| 8 | Voer een warmtebehandeling na het lassen uit. |
De Parameters van de lasspecificatie
| Passen | Lasmethode | Kwaliteit lasmateriaal | Specificatie lasmateriaal | Soorten stroom en polariteit | Lasstroom (Ampère) | Boogspanning (Volt) | Lassnelheid (mm/per doorgang) | Opmerkingen |
| 1~2 | MIG (halfautomatisch) | HSCu | 1.6 | DCEP | 350~400 | 30~35 | 250~300 |
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO