Сварка медью стали: чем на самом деле соединяют детали?

Коротко

• Сварка медью стали на практике - это дуговая пайка или наплавка медно-кремнистым прутком, а не сплавление стали со сталью.
• Сварка металла медью - это, например, бронзовая наплавка прутком CuSi3 на стальную деталь и пайка оцинкованной стали тем же прутком.
• Сварка бронзы медью тем же прутком - это соединение медных сплавов между собой, отдельная задача от работы по стали.
• Латунный припой - медно-цинковый сплав с температурой плавления около 865 °C, подходит для пайки труб и крупных разнородных соединений.
• Для пайки меди с нержавеющей сталью ГОСТ 19738-74 называет серебряный припой ПСр 37,5.

Тому, кто собирается соединить стальную деталь медным или бронзовым прутком, нужно сначала понять, что называют сваркой медью стали. Ниже разбираем, каким прутком варят сталь TIG-сваркой, чем отличаются случаи с бронзой, латунным припоем и чугуном и как подготовить сталь перед соединением.

К такому способу обращаются, когда прямая сварка плавлением не подходит: тонкий оцинкованный лист, наплавка на изношенную стальную деталь, разнородные металлы в одном узле. По карточке DT-CuSi3 такие прутки применяют как присадку при TIG-сварке медных сплавов, для пайки оцинкованной стали и для бронзовой наплавки на стальную деталь.

1. Что на самом деле происходит при сварке металла медью?

Это не сплавление двух одинаковых материалов, как при дуговой сварке стали электродом, а дуговая пайка: присадочный пруток плавится в дуге и растекается по нагретой поверхности, а сама сталь остаётся ниже температуры своего плавления. Медно-кремнистые прутки, например DT-CuSi3, применяют именно так - как присадку при TIG-сварке медных сплавов и для пайки оцинкованной стали, а не как электрод для сплавления стали со сталью.

Отсюда и разница в результате: паяный шов держит соединение, но сталь и присадка не сплавляются в единый металл, как это бывает при обычной сварке двух одинаковых сталей.

2. Как варят сталь медно-кремнистым прутком TIG-сваркой?

Пруток DT-CuSi3 диаметром 1,6 мм сделан из кремнистой бронзы и классифицирован по AWS как ER CuSi-A. В горелку TIG его подают вручную отрезками по 1000 мм. Бронза плавится раньше стали, поэтому цинковое покрытие вокруг шва на оцинкованном листе выгорает меньше.

Тот же пруток используют для бронзовой наплавки на стальную деталь - отдельная задача, где присадка не соединяет два листа, а формирует слой поверх изношенного места. Прутки для медных сплавов подобраны производителем именно под TIG-сварку и наплавку: длина 1000 мм рассчитана на ручную подачу в горелку, а не на механизированную подачу через ролики.

3. Сварка бронзы медью: для чего эта же присадка нужна на медных сплавах?

Прутки для медных сплавов, включая DT-CuSi3, используют и при прямой TIG-сварке меди и бронзы между собой - без стали в соединении вообще. В этом случае и основной металл, и присадка - медные сплавы близкого состава, поэтому шов получается однородным, а не пайкой разнородных материалов, как при работе по стали.

Различать эти две задачи важно: сварка бронзы медью прутком CuSi3 - это сварка одного медного сплава другим, а работа тем же прутком по стали - дуговая пайка, где сталь не плавится вовсе. Присадку под задачу подбирают заранее, а не берут первую попавшуюся марку в катушке.

4. Латунным припоем: как паяют трубы и крупные соединения?

Это медно-цинковый сплав: у состава около 48% меди и 52% цинка температура плавления порядка 865 °C, и такая пайка относится к высокотемпературной - припой в ней нагревают выше 450 °C. Паяют латунью горелкой, а не паяльником: паяльник такую температуру не даёт.

Припой Castolin 18XFC диаметром 3,0 мм - латунный пруток с флюсом прямо на поверхности, рассчитанный на трубы и крупные соединения: толстый диаметр подаёт в шов больше материала за проход, и горелку реже приходится отводить за новой присадкой. Пайка, в отличие от сварки, допускает соединение разнородных материалов - это и есть причина, по которой латунным припоем закрывают стыки, где сварка плавлением потребовала бы одинакового металла с обеих сторон. Присадки для медных сплавов и латунный припой можно подобрать в разделе прутков для медных сплавов и среди сварочных припоев.

5. Сварка чугуна медью: когда её применяют?

Медно-цинковый припой общего назначения - тот же латунный сплав, что паяет стальные трубы, - по классификации AWS A5.8 (группа RBCuZn) рассчитан и на соединение стали с чугуном. Получается, что сварка чугуна медью на практике - это пайкосварка латунным (медно-цинковым) припоем, а не наплавка медно-кремнистым прутком, который в этой статье используют для стали и бронзы.

6. Сварка меди со сталью: чем этот случай отличается?

Это отдельная задача от наплавки бронзы на стальную деталь: здесь одна из деталей сама сделана из меди, а не из стали. В ГОСТ 19738-74 назначение серебряного припоя ПСр 37,5 - пайка меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями. По классификации AWS A5.8 эвтектический сплав серебро-медь (72% серебра, 28% меди, марка BAg-8) плавится при 779 °C, а медно-цинковый припой общего назначения - в интервале 865-890 °C.

Получается: сварка меди со сталью и сварка стали медно-кремнистым прутком - разные задачи с разной присадкой, хотя в обоих случаях сама сталь остаётся твёрдой, а плавится только присадочный материал.

7. Чем холодная сварка для нержавеющей стали отличается от пайки медью?

По ГОСТ это процесс сварки давлением с пластическим деформированием поверхностей без нагрева извне: соединение возникает мгновенно за счёт схватывания металлов, без диффузии - так называется настоящая технология сварки. Товар с тем же названием - эпоксидный двухкомпонентный состав, который затвердевает при обычной температуре и держит детали клеевым, а не металлургическим соединением. Поэтому холодная сварка для нержавеющей стали, которая продаётся в тюбиках, не сплавляет металл так, как пайка медью или бронзой из этой статьи - она заклеивает поверхность, и шов остаётся клеевым, а не паяным.

8. Как подготовить сталь перед соединением медью или бронзой?

1. Зачистить кромку до металлического блеска и обезжирить. Смачивание припоем или бронзой зависит от чистоты поверхности: окислы и масляная плёнка держат расплав снаружи и не дают ему затянуться в шов.
2. Подобрать присадку под задачу. Медно-кремнистый пруток CuSi3 - для TIG-сварки медных сплавов и наплавки на сталь, латунный припой с флюсом на поверхности - для пайки трубных стыков и крупных соединений.
3. Прогреть место соединения так, чтобы расплавилась присадка, а не основной металл. У пайки, в отличие от сварки, металл детали остаётся твёрдым на всём протяжении процесса.
4. Дать соединению остыть без резкого охлаждения. Паяный шов тоньше сварного и хуже переносит ударную нагрузку сразу после работы.

9. Частые ошибки при сварке медью стали

• Паяют латунным припоем голый металл без флюса - расплав не затягивается в зазор и остаётся снаружи валиком.
• Путают наплавку бронзы на сталь со сваркой бронзы медью между собой - берут пруток CuSi3 там, где нужен обычный сварочный шов сталь-сталь, и получают непровар.
• Не зачищают кромку перед пайкой - смачивание срывается, и присадка скатывается каплями вместо ровного шва.

Аппарат для этой работы можно посмотреть среди аппаратов TIG. Если аргонодуговая сварка в новинку, приёмы работы горелкой разобраны в статье «Аргонодуговая TIG-сварка: понятное руководство для начинающих».