Die vielen Vorzüge von Kupfer
Kupfer wird seit Jahrtausenden von der Menschheit geschätzt. Es besitzt zahlreiche hervorstechende Vorteile:
- weitgehend gegen atmosphärische Einflüsse beständig
- weitgehend gegen Säuren beständig
- gut mechanisch zu verarbeiten
- Ausbildung einer schützenden Passivschicht unter entsprechenden Einflüssen
- hohe elektrische Leitfähigkeit
- hohe Wärmeleitfähigkeit
- gut zu fügen (kleben, pressen, schweißen, löten)
Das Schweißen von Kupferlegierungen
Wenn es um das Schweißen von Kupfer geht, dürfen die Kupferlegierungen nicht außer Acht gelassen werden. Diese machen einen hohen Anteil aus. Insbesondere Bronzen (Anteil Kupfer mindestens 60 Prozent) wie Zinnbronze oder Rotguss sind weitverbreitet. Dazu kommen noch andere Legierungen und Messinge.
Mehrphasige Kupferlegierungen
Beim Schweißen haben die Phasen eines Werkstücks maßgeblich Einfluss. Einphasige Metalle (unlegiertes Kupfer zum Beispiel) und Legierungen lassen sich sehr gut schweißen, mehrphasige Legierungen dagegen weniger gut. Blei bildet beispielsweise eine zusätzliche Phase in einer Kupferlegierung. Diese Besonderheiten müssen beim Schweißen von Kupfer unbedingt berücksichtigt werden.
Schweißverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen
Wie auch andere NE-Metalle neigt Kupfer dazu, beim Schweißen, also beim Erwärmen, atmosphärische Gase aufzunehmen und damit die Schweißnaht negativ zu beeinflussen. Daher werden beim Schweißen von Kupfer vor allem Schweißverfahren mit inerten Schutzgasen bevorzugt:
- MIG
- WIG
- elektrisches Lichtbogenschweißen (Schweißzusatz muss Zusätze zum Schutz gegen atmosphärische Einflüsse besitzen)
- Widerstandsschweißtechniken (mit entsprechenden Beschichtungen)
Die Wärmeleitfähigkeit
Die enorme Wärmeleitfähigkeit (viermal größer als bei Stahl) führt dazu, dass das oder die Werkstücke entsprechend vorgewärmt werden müssen. Zwar gibt es auch Schweißer, die ohne das Vorwärmen auskommen, das sind aber Ausnahmen. Außerdem dehnt sich Kupfer bei Erwärmung stärker aus, schrumpft aber auch mehr und schnell.
Der Sauerstoffgehalt
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Sauerstoffgehalt des Kupfers. Dieser ist den DIN CEN TS 13388 zu entnehmen. Generell lässt sich sagen, dass Sauerstoff beim Raffinieren verwendet wird, um Verunreinigungen zu vermindern und damit die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Kupfer, das für elektrische Anwendungen gedacht ist, besitzt daher meist einen verhältnismäßig hohen Sauerstoffanteil. Kupfer für den Anlagenbau ist eher arm an Sauerstoff.
Der Sauerstoffgehalt beeinflusst jedoch die Schweißbarkeit ebenfalls. Dadurch wird die Aufnahme an Wasserstoff im Kupfer angeregt (Wasserstoffkrankheit).
Kupfer und Gasschweißen
Beim Gasschweißen (Gas-Sauerstoff-Flamme) muss das Kupferwerkstück gleichmäßig auf 300 bis 600 Grad Celsius vorgewärmt werden. Aufgrund der schnell entstehenden Passivschicht muss beim Fügen zweier Kupferwerkstücke ein entsprechendes Flussmittel eingesetzt werden.
Kupfer und Lichtbogenschweißen
Beim Lichtbogenschweißen muss unlegiertes Kupfer auf circa 500 Grad erwärmt werden. Dazu werden entsprechende Hilfsmittel benötigt, da die elektrische Leistung von Schweißgeräten meist zu gering ist. Dem Schweißzusatz müssen entsprechende Zusätze wie Flussmittel zugesetzt sein. Aufgrund der umständlichen Vorgehensweise (Vorwärmen) ist das manuelle elektrische Lichtbogenschweißen eher wenig beachtet.
Kupfer und Schutzgasschweißen
Abgesehen von sauerstoffreichem Kupfer ist das Lichtbogenschweißen ansonsten das bevorzugte Schweißverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen. Besondere Aufmerksamkeit gilt hier dem verwendeten Schutzgas. Argon eignet sich beispielsweise sehr gut für Kupfer, da eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit besteht. Mit Helium könnte dieser Effekt noch besser genutzt werden, jedoch handelt es sich um ein relativ kostspieliges Edelgas.
Unterschiede WIG und MIG
Beim WIG-Schweißen ist die Schweißnaht ärmer an Poren. Das MIG-Schweißen von Kupfer eignet sich außerdem dann besonders gut, wenn über den Schweißzusatz mehr Stoffe eingebracht werden sollen. WIG-Schweißgeräte mit mindestens 500 A kommen ohne Vorwärmen aus, darunter muss bei beiden Schutzgas-Schweißverfahren bis 600 Grad vorgewärmt werden.
Fazit Kupfer schweißen ist anspruchsvoll
Das Schweißen von Kupfer erfordert folglich ein hohes Maß an Fachwissen im Bereich Schweißen. Außerdem muss eine vorliegende Kupferlegierung wie auch ein unlegiertes Kupferwerkstück bei der Wahl des Schweißverfahrens und aller dazugehöriger Aspekte wie Vorwärmen, Schweißzusätze usw.) berücksichtigt werden. Notfalls sollte das Schweißen von Kupfer daher dem Fachbetrieb überlassen werden.
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