LICHTBOGENSCHWEISSEN VON KUPFER UND KUPFERLEGIERUNGEN Robert Lahnsteiner MIG WELD GmbH Deutschland Landau/Isar Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

LEGIERUNGSTYPEN AUS SCHWEISSTECHNISCHER SICHT Reinkupfer (+) Kupfer mit geringen Legierungsbestandteilen Zinkhaltige Kupferlegierungen (-) Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) Kupfer-Zink-Nickel-Legierungen (Neusilber) Zinkfreie Kupferlegierungen (+) Kupfer-Nickel-Legierungen Bronzen Bleihaltige Kupferlegierungen (--) Kupfer gehört zu jenen Metallen, die bereits in vorgeschichtlicher Zeit genutzt wurden. Durch das Vorkommen an vielen Orten der Erde in leichtzugänglicher und reiner Form ist es das älteste Gebrauchsmetall. Kupfer hat als eines der wenigen Metalle auch in reiner Form große technische Bedeutung. Kupfer hat nach Silber die zweithöchste elektrische Leitfähigkeit. Deshalb findet es in der Elektrotechnik breite Verwendung. Wegen der guten Korrosionsbeständigkeit und dem optisch ansprechenden Aussehen findet Kupfer in vielen Anwendungen seinen Platz. Als Bronzen werden alle Legierungen aus Kupfer mit Zinn, Blei, Aluminium, Silizium und Beryllium bezeichnet. Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

BRONZEN Zinn-Bronzen Aluminium-Bronzen Silizium-Bronzen ~ 12 % Sn = Gusszinnbronze ~ 20 % Sn = Glockenbronze Aluminium-Bronzen ~ 5 % Al = Aluminiumwalzbronze ~ 10 % Al, Fe = Aluminiummehrstoffbronze ~ 8 % Al, Ni = Aluminiumnickelbronze Silizium-Bronzen Phosphor-Bronze (~ 7 % Sn, P) Bleizinn-Bronze (~ 10 % Sn, Pb) Zinnbronze wird für Kirchenglocken, Skulpturen und Medaillen verwendet und war in der Bronzezeit von grosser Bedeutung Rotguß wird für Armaturen, Pumpen, Waffen etc. verwendet Neusilber für Eßbesteck, Schmuck etc. Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

ZUSATZWERKSTOFFE Legierungsgruppe Typische Legierungen Zusatzwerkstoff Reinkupfer (+) Oxydfrei, oxydhaltig (<0,1%), Phosphor-deoxidiertes-Kupfer SG-CuSn Messing (Cu-Zn) (-) < 30% Zn ~ 40 % Zn SG-CuSi3, SG-CuAl9Fe Nicht empfohlen Silizium-Bronze (+) 3 % Si SG-CuSi3 Aluminium-Bronze (+) SG-CuAl8, SG-CuAl10Fe Neusilber (Cu-Zn-Ni) (-) 20 % Zn, 15 % Ni 45 % Zn, 10 % Ni Rotguß (Cu-Sn-Zn) (-) Niedriger Bleigehalt Bleihaltig SG-CuSi3, SG CuAl10Fe Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN Dichte 8,94 kg/dm³ Schmelzpunkt 1083°C Siedepunkt ~ 2300°C Elektr. Leitfähigkeit 58 Sm/mm² für SE-Cu Wärmeleitfähigkeit ~7 fach von Stahl Wärmedehnung ~2 fach von Stahl Großes Lösungsvermögen für Gase bei hohen Temperaturen! Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

SCHWEISSEN VON KUPFER Autogenes Schweißen mit Flussmittel gut möglich Lichtbogenhandschweißen ist möglich, jedoch kaum angewendet MIG und WIG sind die hauptsächlich eingesetzten Verfahren Anstelle von Argon wird oft Helium oder Ar/He-Gemische eingesetzt. Stickstoff ist möglich. Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

SCHWEISSEN Bei Temperaturen über 500°C kann Wasserstoff in das Kupfer diffundieren Bei sauerstoffhaltigem Kupfer ist die Bildung von Wasserdampf möglich. Dies kann zu Poren und Rissen führen (Wasserstoffkrankheit) Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

REINKUPFER Reinkupfer wird unterteilt in: Oxydfreies Kupfer Oxydhaltiges Kupfer (<0,1 %) Phosphor-deoxidiertes Kupfer Oxydfreies und P-deoxidiertes Kupfer lässt sich besser schweißen SG-CuSn ist der bestgeeignete Zusatzwerkstoff Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

KUPFER MIT GERINGEN LEGIERUNGSELEMENTEN Der Zusatz von Schwefel oder Tellur verbessert die spänende Verarbeitbarkeit von Kupfer. Wird allgemein als nicht schweißbar angesehen. Zusätze von Chrom, Zirkon oder Beryllium verbessern die mechanischen Eigenschaften von Kupfer. Chrom- und Berylliumhaltige Legierungen neigen zu Rissen in der WEZ. Beryllium ist gesundheitsschädlich! Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

MESSING UND NEUSILBER Problematisch ist der Abbrand von Zink! Nur Legierungen mit niedrigen Zinkgehalten sind schweißbar. Hohe Schweißgeschwindigkeiten reduzieren den Zinkabbrand. Stickstoff als Schutzgasbestandteil ist nicht empfohlen. Bei Zinkgehalten von weniger als 20 % ist Vorwärmen empfohlen. Nachwärmen kann Spannungsrisse vermeiden. Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

BRONZEN Gelten im allgemeinen als gut schweißbar mit Ausnahme von Phosphor-Bronzen und bleihaltigem Rotguss. Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

ALUMINIUM-BRONZEN Generelle Unterscheidung in Zweistoff- (Cu-Al) und Mehrstoffbronzen (Cu-Al-Fe). Zweistoffbronzen gelten als besser schweißbar. Vorwärmen ist wegen der geringeren Wärmeleitfähigkeit meist nicht erforderlich. Durch den Aluminiumanteil muss beim WIG-Schweißen AC verwendet werden! Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

SCHUTZGASE Argon Helium Stickstoff Argon/Helium-Gemische > 50 % Heliumanteil empfohlen Argon/Stickstoff-Gemische < 30 % Stickstoff für Sprühlichtbogen Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

WIG-STROMQUELLEN DC-Stromquellen mit hohem Schweißstrom und hoher Einschaltdauer AC-Stromquellen für Aluminiumbronzen Gut wassergekühlte Schweißbrenner Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

MIG-STROMQUELLEN Mindestens 400 A und hohe ED Vier-Rollenantrieb - Halbrundnut Impulsschweißanlagen empfohlen Hohe Zündströme Kunststoffseelen Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

NAHTVORBEREITUNG Blechdicke Nahtvorbereitung Raupen 1,5 mm 1 3 mm 6 mm 1 - 2 12 mm 2 - 4 18 mm 4 - 8 60 – 90° 50 – 60° 0-1,5 mm Spalt 1,5 mm 5-15° 60 – 90° 0-1,5 mm Spalt 1,5 - 3 mm 1,5 - 3 mm 5-15° 60 – 90° 0-1,5 mm Spalt 1,5 - 3 mm 1,5 - 3 mm Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

HEFTEN Quelle: DKI Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

VORWÄRMEN Ausdehnungskoeffizient von Kupfer ist wie austenitischer Stahl Aber die Lichtbogenwärme erfasst schnell ein großes Werkstückvolumen Wärmeleitfähigkeit=Elektr. Leitfähigkeit/58 Beispiel: 0,09 % P halbieren die elektr. Leitfähigkeit Bei höheren Legierungsanteilen kann die Vorwärmtemperatur deutlich geringer oder nicht mehr erforderlich sein! Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

VORWÄRMTEMPERATUR WIG Nach DKI Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

VORWÄRMTEMPERATUR MIG Nach DKI Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

FLUSSMITTEL Für das Gasschweißen erforderlich Beim WIG-Schweißen ab 300° C Vorwärmtemperatur empfohlen Schutz der Wurzelseite Arbeitsschutz beachten! Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

FESTIGKEIT MIG-Schweißen mit CuSn ergibt im Schweißzustand bis zu 240 MPa Zugfestigkeit Grobstängeliges Schweißgefüge ist meist unbedenklich Eventuell Warmhämmern Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

MISCHVERBINDUNGEN Kupfer - C-Stahl Kupfer - Cr-Ni-Stahl mit Nickelpufferung Kupfer - Aluminium mit Bimetallen Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

ARBEITSSCHUTZ Strahlung: Aufgrund hoher Schweißströme starke Strahlung Schweißrauch: MAK und TRK-Werte beachten. Vorsicht bei Beryllium, Arsen, Zink, Cadmium, Blei, Chrom Gase: Ozon! Unbedingt gute Absaugvorrichtungen verwenden! Wärmeisolierende Schutzkleidung Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

ANWENDUNGEN Elektrotechnik Behälter- und Apparatebau Stahlwerke Sanitäreinrichtungen Reparaturschweißungen an Gußteilen Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner

SANITÄREINRICHTUNGEN Schweißen von Kupfer R. Lahnsteiner