Soudage du cuivre et de ses alliages : méthodes, technologies et équipements

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Le cuivre et ses alliages sont utilisés dans divers secteurs de l'économie. Ce métal est recherché en raison de ses propriétés physico-chimiques, qui compliquent également le traitement de sa structure. En particulier, le soudage du cuivre nécessite des conditions particulières, bien que le procédé repose sur des technologies de traitement thermique assez courantes.

Soudage spécifique des ébauches en cuivre

Contrairement à de nombreux autres métaux et alliages, les produits en cuivre se caractérisent par une conductivité thermique élevée, ce qui oblige à augmenter la puissance thermique de l'arc de soudage. Dans le même temps, une évacuation symétrique de la chaleur de la zone de travail est nécessaire, ce qui minimise le risque de défauts. Un autre inconvénient du cuivre est sa fluidité. Cette propriété devient un obstacle à la formation de joints de plafond et verticaux. Avec de grands bains de soudure, de telles opérations ne sont pas du tout possibles. Même de petits volumes de travail nécessitent l'organisation de conditions particulières avec l'utilisation de revêtements contraignants à base de graphiteet amiante.

La tendance du métal à s'oxyder nécessite également l'utilisation d'additifs spéciaux comme les gels de silicium, de manganèse et de phosphore dans certains modes avec formation d'oxydes réfractaires. Les caractéristiques du soudage du cuivre incluent l'absorption de gaz - par exemple, l'hydrogène et l'oxygène. Si vous ne choisissez pas le mode d'exposition thermique optimal, la couture s'avérera de mauvaise qualité. De grands pores et fissures resteront dans sa structure en raison de l'interaction active avec le gaz.

Interaction du cuivre avec les impuretés

Il est nécessaire de prendre en compte la nature de l'interaction du cuivre avec diverses impuretés et éléments chimiques en général, car dans le processus de soudage de ce métal, des électrodes et des fils de différents matériaux sont souvent utilisés. Par exemple, l'aluminium peut se dissoudre dans une fonte de cuivre, augmentant ses propriétés anti-corrosion et réduisant son oxydabilité. Béryllium - augmente la résistance mécanique, mais réduit la conductivité électrique. Cependant, les effets spécifiques dépendront également de la nature de l'environnement protecteur et du régime de température. Ainsi, le soudage du cuivre à 1050 °C facilitera l'entrée du composant de fer dans la structure de la pièce avec un coefficient d'environ 3,5 %. Mais dans un régime d'environ 650°C, ce chiffre sera ramené à 0,15 %. Dans le même temps, le fer en tant que tel réduit considérablement la résistance à la corrosion, la conductivité électrique et thermique du cuivre, mais augmente sa résistance. Parmi les métaux qui n'affectent pas ces pièces, on distingue le plomb et l'argent.

Méthodes de soudage de base du cuivre

Toutes les méthodes de soudage courantes, y compris manuelles et automatiques, sont autorisées dans diverses configurations. Le choix de l'une ou l'autre méthode est déterminé par les exigences de la connexion et les caractéristiques de la pièce. Parmi les procédés les plus productifs figurent le soudage sous laitier électroconducteur et le soudage à l'arc submergé. S'il est prévu d'obtenir une couture de haute qualité en une seule opération, il est conseillé de se tourner vers la technologie du gaz. Cette approche du soudage du cuivre et de ses alliages à de faibles gradients de température crée des conditions favorables à la désoxydation et à l'alliage de la pièce. En conséquence, la couture est positivement modifiée et durable. Pour le cuivre pur, des techniques de soudage à l'arc avec des électrodes en tungstène et des gaz de protection peuvent être utilisées. Mais, le plus souvent, ils travaillent avec des dérivés du cuivre.

Quel matériel est utilisé ?

Les produits pré-cuivre peuvent être traités sur des machines de tournage, de meulage et de fraisage afin de former des ébauches dimensionnelles pour le soudage. L'industrie utilise également la technique de coupage à l'arc plasma, qui permet de couper avec des arêtes de coupe presque parfaites. Le soudage direct du cuivre est effectué par des installations à arc argon, des dispositifs semi-automatiques, ainsi que des dispositifs inverseurs. L'intensité du courant de l'équipement peut varier de 120 à 240 A, selon la taille de la pièce. L'épaisseur des électrodes est généralement de 2,5 à 4 mm - encore une fois, cela dépend de la complexité et du volume de travail.

Soudage cuivre argon

L'une des méthodes les plus populaires. En particulier, la technique mentionnée de soudage à l'arc sous argon, qui implique l'utilisation d'électrodes en tungstène, est utilisée. Pendant le chauffage, le cuivre interagit avec l'oxygène, formant un revêtement de dioxyde sur la surface de la pièce. A ce stade, la pièce devient malléable et nécessite la connexion d'une électrode non consommable. Par exemple, les baguettes de la marque MMZ-2 offrent une qualité de soudure optimale lors du soudage du cuivre avec de l'argon avec un milieu de protection. Si la tâche d'une forte pénétration de la pièce n'est pas définie, une version allégée du soudage dans un environnement d'azote peut être utilisée. C'est une bonne méthode d'action thermique à basse tension, mais un effet encore plus important en termes de qualité de soudure peut être obtenu en utilisant des gaz combinés. Les soudeurs expérimentés, par exemple, utilisent souvent des mélanges contenant 75 % d'argon.

Soudage au gaz

Dans ce cas, un milieu oxygène-acétylène est utilisé, grâce auquel la température de la flamme augmente considérablement. Dans le processus de travail, un brûleur à gaz est utilisé. Cette machine est bonne dans ses performances, mais ses options de réglage limitées ne permettent pas d'affiner les paramètres du bain de soudure.

Souvent utilisé et la méthode d'exposition thermique divisée avec la connexion de deux brûleurs. L'un sert à réchauffer la zone de travail et le second - directement au soudage au gaz de la pièce cible. Cette approche est recommandée pour les tôles épaisses de 10 mm. S'il n'y a pas de deuxième brûleur,vous pouvez alors effectuer un chauffage bilatéral le long de la future couture. L'effet n'est pas de si haute qualité, mais la tâche principale est réalisée.

Permet la technique de soudage au gaz et l'injection de flux pour obtenir une structure de joint propre. En particulier, des flux gazeux sont utilisés, comme des solutions azéotropiques d'éther méthylique de bore avec du méthyle. Les vapeurs actives de tels mélanges sont envoyées au brûleur, modifiant les caractéristiques du bain de soudure. La flamme prend alors une teinte verdâtre.

Caractéristiques du soudage à l'électrode de carbone

Méthode de soudage à l'arc optimale pour les alliages de cuivre. Sa principale caractéristique distinctive peut être appelée ergonomie et polyvalence - du moins dans tout ce qui concerne la mécanique de l'exécution d'actions physiques par l'opérateur. Par exemple, un soudeur peut effectuer des manipulations directement dans les airs, en utilisant un ensemble minimum d'équipements de protection auxiliaires. Cela est dû au fait que les électrodes en carbone pendant le processus de chauffage dégagent une quantité suffisante d'énergie thermique, sur laquelle du cuivre de faible puissance est soudé. Le processus s'avère inefficace, mais la connexion acquiert toutes les qualités mécaniques nécessaires.

Soudage manuel à l'arc

La technologie de cette méthode de soudage implique l'utilisation d'électrodes enrobées. Cela signifie que la connexion recevra des caractéristiques de résistance décentes, cependant, la composition de la structure du produit différera finalement de la pièce principale. Les paramètres de modification spécifiques sont déterminés par les propriétés des désoxydants d'alliage,qui sont présents dans le revêtement de l'électrode. Par exemple, des composants tels que le ferromanganèse à faible teneur en carbone, le spath fluor, la poudre d'aluminium, etc. peuvent être utilisés dans la composition active. Cette technologie de soudage du cuivre et la production indépendante de revêtements permettent. Habituellement, un mélange sec est utilisé pour cela, qui est pétri dans du verre liquide. Un tel revêtement rend la couture plus dense, mais la conductivité électrique de la structure est considérablement réduite. Le processus de soudage général avec des électrodes enrobées se caractérise par de fortes projections, ce qui n'est pas souhaitable pour le cuivre.

Soudage à l'arc submergé

Le flux lui-même pour le soudage au cuivre est nécessaire comme stabilisateur d'arc et, surtout, comme barrière protectrice contre les effets négatifs de l'air atmosphérique. Le procédé est organisé à l'aide d'électrodes non consommables en graphite ou en carbone, ainsi qu'avec des crayons consommables sous flux céramique. Si des consommables en carbone sont utilisés, les électrodes pour le soudage du cuivre sont affûtées pour former une pointe plate en forme de spatule. Un matériau de remplissage en tombac ou en laiton est également fourni sur le côté de la zone de travail - cela est nécessaire pour désoxyder la structure de la couture.

Le fonctionnement s'effectue en courant continu avec chauffage. Plusieurs barrières de protection maintiennent la structure de base de la pièce, bien que le plus souvent les soudeurs expérimentés cherchent à améliorer la composition du matériau avec du fil en alliage. Encore une fois, afin d'éviter des écoulements indésirables, il est recommandé de fournir initialement un substrat en graphite,qui servira également de forme pour le flux. La température de fonctionnement optimale pour cette méthode est de 300 à 400 °C.

Soudage à l'arc protégé

Les événements de soudage avec la connexion d'onduleurs et d'autres dispositifs semi-automatiques sont effectués dans des milieux gazeux avec alimentation en fil. Dans ce cas, en plus de l'argon et de l'azote, l'hélium, ainsi que diverses combinaisons de mélanges gazeux, peuvent être utilisés. Les avantages de cette technique incluent la possibilité d'une pénétration efficace des pièces épaisses avec un degré élevé de préservation des propriétés mécaniques de la pièce.

Un effet thermique puissant s'explique par des flux de plasma très efficaces dans un milieu gazeux brûlant, mais ces paramètres seront également déterminés par les caractéristiques d'un modèle d'onduleur particulier. Dans le même temps, la technique de soudage à l'arc sous argon du cuivre est préférable pour les pièces d'une épaisseur de 1 à 2 mm. Quant à la fonction protectrice du milieu gazeux, elle ne peut pas être complètement invoquée. Il reste le risque d'oxydes, de porosité et les effets négatifs des additifs du fil. D'autre part, l'environnement d'argon protège efficacement la pièce de l'exposition à l'oxygène de l'air.

Conclusion

Le cuivre possède de nombreuses caractéristiques qui le distinguent des autres métaux. Mais même au sein du groupe général de ses alliages, il existe de nombreuses différences, qui nécessitent dans chaque cas la recherche d'une approche individuelle pour choisir la technologie optimale pour former une couture. Par exemple, le soudage au gaz convient dans les cas où vous devez obtenir une connexion solide dans une grande pièce. Cependant, les nouveaux arrivantscette méthode n'est pas recommandée en raison des exigences de sécurité élevées pour travailler avec des brûleurs et des bouteilles de gaz. Les opérations de soudage petit format de haute précision sont confiées à des machines semi-automatiques pratiques et productives. Un opérateur inexpérimenté peut également gérer un tel équipement, en contrôlant entièrement les paramètres du flux de travail. N'oubliez pas l'importance des milieux gazeux. Ils peuvent être utilisés non seulement comme isolant de la pièce pendant le soudage, mais également comme moyen d'améliorer certaines des propriétés techniques et physiques du matériau. Il en va de même pour les électrodes, qui peuvent contribuer à un effet d'alliage positif.