Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen von Kupfer, 5. Teil

Ausführlicher Ratgeber zum Schweißen von Kupfer, 5. Teil

Ob als Gebrauchsmaterial oder in der industriellen Fertigung und ob als Draht, als Rohr oder als Kochtopf: Kupfer ist an vielen Stellen zu finden und wird schon seit Jahrtausenden verwendet. Und auch wenn es ums Schweißen geht, spielt Kupfer eine nicht unwichtige Rolle.

In einem ausführlichen Ratgeber haben wir uns das rot glänzende Metall deshalb einmal näher angeschaut. Los ging es dabei mit den werkstofftechnischen Grundlagen. Anschließend haben wir uns mit den vielen verschiedenen Schweißverfahren beschäftigt, die beim Fügen von Kupfer und Kupferwerkstoffen eingesetzt werden können.

Jetzt, im 5. und letzten Teil des Ratgebers kümmern wir uns um die Schweißnahtvorbereitung, die Schweißzusatzstoffe und die Qualitätssicherung.

 

Die Vorbereitung der Schweißnaht beim Schweißen von Kupfer

Neben dem Werkstoff und dem Schweißverfahren spielt auch die Konstruktion eine Rolle, wenn es um die Schweißbarkeit eines Bauteils geht. Der Zuschnitt von Kupferwerkstoffen erfolgt meist mechanisch oder durch Schneiden mit dem Wasserstrahl.

Die Vorbereitung der Bauteile für eine Schweißverbindung umfasst dann die Herstellung der Fuge und die chemische oder mechanische Reinigung. Dabei wird bei den Fugen grundsätzlich zwischen Stumpf- und Kehlnähten sowie zwischen sonstigen Nähten unterschieden. Während sich Kehl- und Überlappnähte gut für Lichtbogenschweißverfahren eignen, lassen sie sich mit Gasschweißungen nur bedingt umsetzen. Stumpfnähte können unter anderem in Form einer I-, einer V- und einer X-Fuge ausgeführt werden.

Beim Schweißen von Kupferwerkstoffen werden, je nach Schweißverfahren, verschiedene Fugenformen gearbeitet. Dazu zählen hauptsächlich Bördel-, I-, Y-, U- V- und X-Fugen. Wird kein Zusatzwerkstoff verwendet, muss der Stoß in aller Regel als I-Fuge ausgeführt werden.

Um haltbare und gleichzeitig kostengünstige Konstruktionen sicherzustellen, ist wichtig, dass die Spannungszustände der verschweißten Bauteile möglichst niedrig gehalten werden. Umsetzbar ist das durch eine entsprechende Anordnung der Schweißnähte oder durch ein Vorwärmen der Bauteile.

Dabei greifen dann die allgemeinen Regeln zur Minimierung der Schweißspannung. Sofern die Gefahr besteht, dass es innerhalb der Schweißkonstruktion zu hohen Spannungen kommt, müssen geeignete Verfahren zur Vor- oder zur Nachbehandlung eingeplant werden. Außerdem muss der Schweißer den Spannungsabfall beachten, der durch die Wärmeeinbringung entsteht.

Un- und niedriglegierte Kupferwerkstoffe neigen zu einer ausgeprägten Wärmedehnung. Aus diesem Grund sollte der Schweißspalt bei manuellen Lichtbogenhand-, Gas- und Schutzgasschweißverfahren durch verkeilte oder aufgeschraubte Laschen auseinandergehalten werden. Im Verlauf des Schweißvorgangs können die Laschen dann nach und nach entfernt werden. Außerdem sollte der Schweißspalt konisch verlaufen.

Beim Gasschweißen ist es notwendig, das Bauteil stark vorzuwärmen. Bei Blechen mit einer Stärke von drei Millimetern liegt die erforderliche Vorwärmtemperatur bei etwa 300 Grad Celsius. Bleche, die bis zu zehn Millimeter stark sind, müssen auf bis zu 600 Grad Celsius vorgewärmt werden.

Dabei wird das Schweißteil durch langsames Schweißen großflächig erwärmt. Wegen des geringen Temperaturgradienten und der niedrigen Elastizität führt das aber zu einem deutlichen Verzug. Aus diesem Grund ist es beim Gasschweißen auch nicht sinnvoll, die Bauteile mit Heftstellen zu fixieren. Denn die Heftstellen könnten aufreißen.

 

Die Zusatzwerkstoffe beim Schweißen von Kupfer

Die Zusatzwerkstoffe, die beim Schweißen von Kupferwerkstoffen eingesetzt werden können, sind in der DIN EN 14640 und der ISO 24373 aufgelistet. Beim Verschweißen von un- und niedriglegierten Kupferwerkstoffen wird meist mit Kupfer-Zinn-Legierungen gearbeitet.

Denn dieser Zusatz trägt zu einem zähflüssigen Schmelzbad bei und ermöglicht so ein porenfreies Schweißgut. Kommt es auf die elektrische Leitfähigkeit der Schweißnaht ein, kann eine Kupfer-Silber-Legierung eingesetzt werden.

Kupfer-Silber bewirkt ein leichtflüssiges Schmelzbad und ein weiches, gut formbares Schweißgut. Allerdings ist die Schweißnaht anfälliger für Poren. Weitere Zusatzwerkstoffe sind beispielsweise mit Aluminium oder Nickel legierte Kupferdrähte und -stäbe.

 

Die Qualitätssicherung beim Schweißen von Kupfer

Anders als bei Stahl oder Aluminium gibt es bei Kupferwerkstoffen nur wenige Normen, die sich tatsächlich speziell auf die schweißtechnische Verarbeitung von Kupfer beziehen. Aus diesem Grund gelten beim Schweißen überwiegend die allgemeinen Normen, die generell beim Fügen von Metallen Anwendung finden. Neben Werkstoffnormen betrifft das auch die Verfahrens- und die Prüfnormen. Dabei wird Kupfer oft nach ähnlichen Kriterien bewertet wie Aluminium.

Ein paar spezielle Normen gibt es aber trotzdem. Die wichtigsten Kupferwerkstoffe beispielsweise sind in der DIN CEN/TS 13388 aufgelistet. Neben den alten Werkstoffnormen für die verschiedenen Kupfersorten sind dort auch die neu genormten Werkstoffe, eine Tabelle mit der chemischen Zusammensetzung der Kupferwerkstoffe und eine Übersicht mit Kupfersorten nach Produkten enthalten.

Bei den Produkten sind beispielsweise Rohre, Stangen, Profile und Drähte benannt. Die DIN EN 14640 definiert die Schweißzusatzwerkstoffe bei Kupfer und Kupferlegierungen, die DIN EN ISO 15614 enthält Richtlinien für Schweißverfahrensprüfungen bei Kupferwerkstoffen. Die DIN EN ISO 9606-3 wiederum bezieht sich auf die Prüfung von Schweißern, die Kupferwerkstoffe schweißtechnisch verarbeiten.

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