Медь с алюминием

Содержание

Борьба с гальванической коррозией или технологии присоединения алюминия к меди

Медь и алюминий — два металла, наиболее часто используемые при изготовлении токопроводящих жил в кабельно-проводниковой продукции. Алюминий, в силу небольшой стоимости (порядка трех-четырех раз ниже стоимости меди) получил широкое распространение в производстве силовых кабелей. Однако этот металл обладает рядом особенностей и недостатков, оказывающих существенное влияние на качество и надежность электрического соединения. По своей электропроводимости алюминий значительно уступает меди, серебру и золоту, поэтому алюминиевая кабельная жила в сравнении с медной обладает более слабой способностью выдерживать длительные токовые нагрузки, что приходится компенсировать увеличением ее сечения. К недостаткам алюминия можно отнести его быструю окисляемость на открытом воздухе, в результате чего на поверхности проводника образуется тугоплавкая (с температурой плавления около 2000°С) окисная плёнка, обладающая высоким сопротивлением и плохо проводящая электрический ток.

Помимо этого в энергетике существует проблема подключения кабелей с алюминиевыми жилами к медным шинам электрических шкафов и медных устройств. Это связано с разными электрохимическими потенциалами меди и алюминия, которые, в свою очередь, под воздействием влажной агрессивной внешней среды образуют гальваническую пару. В результате электрокоррозии ухудшается качество контакта, как следствие, происходит нагрев места соединения и потеря электроэнергии. По этой причине контактные соединения Al и Cu необходимо защищать от проникновения влаги специальными пастами или наносить на них дополнительное покрытие (как правило — олово) для избегания прямого контакта двух разнородных металлов.

Cu²⁺+2e = Cu | E = 0,34B
Al³⁺+3e = Al | E = -1,66B

На практике существуют следующие варианты присоединения алюминиевого наконечника к медной шине:

Наиболее грамотным и профессиональным является монтаж с использованием биметаллических алюмомедных наконечников, контактная часть лопатки которых изготавливается из электротехнической меди, а хвостовик — из алюминия. Среди всех возможных модификаций алюмомедных наконечников наиболее надежными являются наконечники, изготовленные по технологии сварки трением

Применение дополнительной прокладки в виде оцинкованной стальной шайбы уменьшает вероятность образования гальванической пары Al-Cu. Однако, использование стали с ее низкой электропроводимостью негативно сказывается на качестве контакта
Абсолютно недопустимым, но, к сожалению, иногда используемым способом является прямое подключение алюминиевого наконечника к медной шине Однако помимо вышеупомянутых допустимых и недопустимых способов присоединения алюминиевых наконечников к электрическим аппаратам с медными шинами существует еще один экономный, практичный и профессионально грамотный метод монтаж с применением алюмомедной шайбы ШАМ (КВТ)

Для обеспечения безопасного и долговечного подключения алюминиевых наконечников к медным шинам, во избежание прямого гальванического контакта, а также снижения себестоимости конструкции рекомендовано использование специальных алюмомедных шайб ШАМ производства электротехнического завода КВТ в качестве биметаллической прокладки между медной шиной и контактной лопаткой алюминиевого наконечника.

Использование данного продукта позволяет:

Предотвратить гальваническую коррозию
Полностью ликвидировать потери электроэнергии, возникающие при протекании процесса электротехнической коррозии между алюминием и медью
Избежать перегревания места соединения
Обеспечить быстрый и удобный монтаж за счет несложной конструкции
Охватить несколько типоразмеров как алюминиевых, так и медных наконечников и шин
Найти достойную и экономически выгодную альтернативу алюмомедным наконечникам

techelectro.ru

Технология сварки меди и её сплавов с алюминием

Сварка плавлением при соединении таких металлов крайне затруднительна. Это связано с тем, что состав расплавленного металла почти невозможно контролировать. А свойства шва находятся в зависимости от содержания в его составе меди.

Если количество меди выше 12%, то предел прочности на растяжение больше не увеличивается. При этом стойкость к коррозии и вязкость металла сильно понижается. Такие соединения становятся довольно хрупкими и склонными к образованию дефектов.

Использование угольных электродов практически никак не влияет и не повышает качество сварки. Эти металлы можно соединить с помощью плавления, но только в том случае, если плавиться в основном будет алюминиевая деталь. Где есть возможность, применяется преимущественно «замковое» соединение. О нем читайте ниже.

«Замковое» соединение медных и алюминиевых деталей

Для достижения хорошего результата сварки нужно точно соблюдать технологию, так как соединение этих металлов и так довольно затруднительно. Суть этого способа состоит в следующем:

снизу кладется лист алюминия,
сверху на него кладется накладка из меди,
по периметру этой накладки делают обварку сварным швом, шов должен ровно соединяться с накладкой,
далее соединяют наплавкой сварные швы периметра.

Получившееся соединение чем-то напоминает замок, откуда и пошло название.

Режимы сварки

Они очень похожи на режимы сварки алюминия. При обработке используют постоянный ток прямой полярности. Присадочными прутками выступают изделия из литого алюминия с диаметром от 12 до 20 миллиметров при толщине алюминиевой детали от 29 до 30 миллиметров. Толщина медного изделия при этом составляет 10 миллиметров. Сила тока допускается в диапазоне 500-550 ампер, а напряжение дуги 50-60 вольт. Её длина при этом колеблется от 20 до 25 миллиметров. Оптимальными электродами в данном случае являются угольные с диаметром 15-20 миллиметров.

Контактная сварка

Этот вид обработки нашел свое применение в промышленности для присоединения шин или проводов из алюминия к наконечникам из меди. В изготовлении кабелей применяется сварка проводов из меди и алюминия с помощью конденсаторов. Она происходит в следующих режимах:

Диаметр свариваемой проволоки, мм	Ёмкость конденсаторов, мкф	Напражение конденсаторов, В	Расстояние между деталями, мм	Усилие осадки, Н
2,5	256	1100	14	1471
2,8	256	1400	10	1471
2,8	260	1400	15	1471
2,8	380	1350	15	1569
2,8	550	1200	15	1716
3,5	550	1500	12	1569
5,0	1000	1500	14	1716

Такой вид сварки также применяется при соединении труб из этих двух металлов. Обычно такие соединения востребованы в производстве холодильного оборудования. При сварочных работах с этими металлами важно помнить, что алюминий будет оплавляться на много быстрее, чем медь. Отсюда следует вывод, что алюминиевая трубка должна быть длиннее, чем необходимо, и включать в себя припуски на дальнейшее оплавление.

Во время работы в трубе может образоваться грат, то есть избыточный металл, который выдавливается при сварке под давлением. Чтобы уменьшить его количество, нужно продувать алюминиевую трубку в процессе работы азотом. Давление газа должно составлять примерно четверть атмосферы. Продувка простым воздухом не рекомендуется, так как в его составе присутствует кислород, который вступает в реакцию с медью и окисляет её.

Перед сваркой трубки встык необходимо осадить её на 10 миллиметров с утолщением стенок. Этот прием происходит на специальном механизме. Он требуется для того, чтобы потом при работе со стыком получился прежний диаметр отверстия после осадки.

Стык обрабатывается обтачиванием утолщенной поверхности. Работа осуществляется на токарном станке и представляет из себя рассверливание отверстия. Предпочтительные режимы сварки для соединения трубок из алюминия и меди сечением 3-10-30 миллиметров и стенками в 1,5-4 миллиметра можно посмотреть в таблице:

Удельное давление осадки, МН/м²	196-216
Плотность тока осадки, А/мм²	500
Плотность тока при оплавлении, А/мм²	240
Средняя скорость оплавления, мм/с	12-15
Скорость осадки, мм/с	100-120
Величина оплавления алюминиевой трубки, мм	8-10
Величина оплаления медной трубки, мм	2-8
Суммарная величина осадки, мм	3,5-5
Продолжительность сварки, с	1,1-1,2

В стыковом изломе можно увидеть вкрапления алюминиевых частиц в медь. Обратного вкрапления не происходит.

atl-met.ru

Пайка алюминия с медью своими руками в домашних условиях

Пайка алюминия всегда являлась достаточно сложным технологическим процессом, так как температура его плавления считается относительно низкой, а свойства соединения находятся на не самом высоком уровне. Пайка алюминия с медью становится еще более сложным и проблематичным процессом, так как медь туго плавится, хотя и нормально поддается пайке. Несмотря на сложность процесса, в нем периодически возникает потребность в различных производственных сферах и даже в домашней обстановке. В нормальных условиях, без каких-либо дополнительных средств и со стандартными материалами, получить качественное соединение и не повредить при этом металл заготовки будет практически невозможно.

Пайка алюминия с медью своими руками

Пайка меди с алюминием требует особого подхода, так как тут даже стандартный припой для пайки алюминия окажется неэффективным. Стоит сразу отметить, что у алюминия именно с медью получается большая конфликтность, так как со сталью процесс спаивания лучше. Этим пользуются многие мастера при создании сложных соединений. Необходимость в такой пайке возникает как при соединении труб или других крупных деталей, так и при контактах проводов, что с технической стороны происходит легче, проще и быстрее, так как нет больших нагрузок на конечное изделие.

Пайка алюминия с медью своими руками в домашних условиях

Преимущества

Позволяет сделать сложное соединение, которое требует технология эксплуатации;
Существует несколько различных способов, как произвести процесс, которые заметно отличаются друг от друга;
Дает мастеру большой опыт и возможность работы с любыми видами металла.

Недостатки

Высокий процент брака после завершения процесса;
Пайка алюминий-медь требует большого количества различных дополнительных материалов, многие из которых являются узкоспециализированными, без которых невозможно получить качественное соединение;
Иногда необходимо подбирать стальные муфты того же диаметра, что и свариваемые трубы;
Процесс пайки оказывается весьма дорогостоящим благодаря использованию флюсов, специальных припоев и других дополнительных средств;
Многие из дополнительных расходных материалов находятся в трудном доступе, так как не относятся к распространенным и часто употребляемым;
Далеко не каждый метод пайки из существующих оказывается подходящим для конкретного случая;
Справиться с работой может только мастер с большим опытом и в домашних условиях это трудноосуществимый процесс.

Трудности пайки

Основная трудность пайки заключается в том, что металлические изделия из этих материалов не могут нормально соединиться, так как даже при схватывании припоя шов может треснуть даже при относительно небольшом механическом воздействии. Положение усложняется оксидной пленкой алюминия, которая обволакивает материал припоя, мешая нормальному соединению, а также не плавится от температурного воздействия. С этим может помочь в борьбе хорошая очистка и обработка растворителем с последующим нанесением специализированного флюса.

Пайка алюминия с медью

Работа с медью также получается не простой в данном случае. Ведь даже припой для пайки медных труб оказывается не совсем подходящим для такого процесса. Он является тугоплавким, что и требуется для такого металла. В то же время алюминий может иметь более низкую температуру плавления, что приведет к его прогоранию прежде, чем расплавится сам припой. Таким образом, пайка алюминия с медью твердым припоем оказывается достаточно проблематичной. Припой для плавки алюминия может не подойти для меди, так как оказывается слишком легкоплавким, но это уже более подходящий вариант, так как многие мастера, особенно при работе в домашних условиях, используют серебряные припои.

Возможные способы пайки алюминия с медью

Пайка алюминия с медью в домашних условиях и на производстве может проводиться следующими способами:

Пайка с помощью муфты. В данном случае между металлами вставляется стальная часть, так что и медь и алюминий припаиваются с различных сторон стали более удобными способами, что помогает получить надежное соединение, так как со сталью и другими сплавами они взаимодействуют намного лучше, чем между собой.
При использовании специальных припоев. Современные разработки, к примеру, как присадочный материал марки Castolin и специально разработанные флюсы к нему, помогают решать многие сложные вопросы. Большим недостатком такого способа является высокая стоимость расходных материалов и слабая распространенность.

Припой для сварки алюминия с медью

Поверхностная пайка. В данном случае из алюминия делают раструб, чтобы в него могла войти медная трубка. Края этого раструба запаивают легкоплавкими припоями, захватывая большую часть поверхности медной трубы, чтобы увеличит площадь соединения.

Материалы и инструмент

Вне зависимости от того, необходима вам пайка алюминия с медью провода, трубы или листов, для этого понадобятся:

Горелка (газовая или бензиновая) или паяльник, в зависимости от условий, в которых это все проводится;
Припой, который будет подходить для выбранного способа, так как для пайки через стальную муфту требуются расходные материалы, которые будут рассчитаны на пайку со сталью;
Флюс, подобранный под припой, чтобы улучшить взаимодействие с разными металлами;
Стальная, или из какого-либо другого сплава, муфта, если выбран именно этот метод;
Инструменты для фиксации заготовок и разделки раструба.

Пошаговая инструкция

Осуществляется полная подготовка всех металлических изделий, которые будут принимать участие в пайке. Это включает разделку кромок, подготовку раструба, механическая обработка щеткой и растворителями, чтобы снять все имеющиеся налеты и образовавшиеся пленки.
Затем детали надежно фиксируются, чтобы во время процесса не было ни какого движения и смещения.
На следующем этапе следует обработать концы деталей флюсом.
Далее уже можно приступать к непосредственному спаиванию. Если выбран метод через муфту, то сначала она припаивается к одной заготовке, к примеру, медной трубе. Потом нужно выделить время на остывание и проверку качества, чтобы не было трещин и щелей. Только после этого следует приступать к соединению со второй частью, которое осуществляется точно также, но с помощью других расходных материалов.
После окончания процедур дать шву остыть и проверить полностью готовое изделие на отсутствие брака, прежде чем пускать его в эксплуатацию.

«Важно!
При выборе расходных материалов нужно обращать внимание на прочность получаемого соединения, что особенно важно при работе с трубами, которые эксплуатируются под давлением.»

Таблица режимов

Вид припоя	Режим пайки	Максимальная прочность сплавов, кгс/мм²
Вид припоя	Режим пайки	АМц	АМг6	Д20
П-300-А	440° С, 20 минут	11	22	—
П-425-А	440° С, 20 минут	12	20,8	20,8
34А	550° С, 20 минут	9-10	—	28,8
В-62	510° С, 15 минут	12	—	23,8

Техника безопасности

Работа должна проводиться только в хорошо проветриваемых помещениях, так как испарения флюсов и припоев могут оказаться вредными для человека. При использовании газовой горелки она должна быть максимально удалена от источника огня. На рабочем месте не должны присутствовать лишние предметы, а также легковоспламеняющиеся вещи.

svarkaipayka.ru

Как называется сплав алюминия с медью? Производство сплавов металлов на основе меди и алюминия

Одним из самых распространенных металлов на Земле считается алюминий. Его еще называют «летающим металлом». Несмотря на то, что в природе он не встречается в чистом виде, его можно найти во многих минералах. А самый распространенный сплав, который используется для производства множества деталей и конструкций, – это дюралюминий (дюраль).

Его изобрел немецкий ученый Альфред Вильм, который работал на заводе Dürener Metallwerke AG (город Дюрен). Он определил, что сплав алюминия с медью обладает намного более лучшими характеристиками, чем сам металл в чистом виде.

Группа высокопрочных сплавов

На самом деле дюралюминий – это целая группа сплавов, в которых основным компонентом является алюминий, а его легирующими элементами – медь, цинк, марганец, магний. Но в целом их характеристика определяется не только составом, но и способом термообработки. В 1903 году впервые было обнаружено, что в процессе старения сплав алюминия с медью становится еще более прочным и твердым.

Как выяснилось позже, это объясняется тем, что когда после закалки металл находится несколько дней при комнатной температуре, его перенасыщенный твердый раствор распадается, а это, в свою очередь, сопровождается упрочнением материала.

Процесс старения и возврат к предыдущему состоянию

Как уже было сказано ранее, старение металла – важный процесс, который обуславливается структурными превращениями, вызывающими изменения физических и механических свойств. Оно может быть естественным и искусственным. В первом случае сплав выдерживают несколько суток при комнатной температуре.

При искусственном старении время обработки сокращается, но при этом увеличивается температура. Для того чтобы вернуть сплав к предыдущему состоянию, его необходимо на несколько секунд нагреть до 270 градусов и затем быстро остудить.

Производство алюминия

Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом. Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.

Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.

Производство дюрали

В общей сложности все алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные и деформированные. Процесс их производства зависит именно от того, какой вид должен получиться в конечном итоге. Кроме того, способ изготовления также зависит и от требуемых характеристик.

Для производства дюраля алюминиевые слитки расплавляют в электрической печи. Интересно, что это один из немногих металлов, который можно переводить из твердого состояния в жидкое и наоборот множество раз. Это не повлияет на его характеристики. В расплавленный алюминий по очереди добавляют медь и другие легирующие элементы, такие как марганец, железо, магний. Очень важно соблюдать процентное соотношение: 93% алюминия, 5% меди, остальные 2% приходятся на другие легирующие элементы.

Закалка и отжиг дюраля

Обязательным для такого сплава является процесс закалки. Время выдержки для небольших деталей составляет всего несколько минут, а температура — около 500 °С. Сразу после процедуры дюраль получается мягким и вязким. Он легко поддается деформации и обработке. Спустя некоторое время сплав твердеет и его механические свойства повышаются. Если превысить порог температуры, происходит окисление и материал теряет свои характеристики. После закалки его необходимо медленно остудить в прохладной воде.

Итак, вы уже знаете, как называется сплав алюминия с медью. Он нередко поддается деформации: холодному прокату, вытяжке, ковке. При этом возникает так называемая нагартовка. Это процесс, в ходе которого в структуре металла происходит передвижение и размножение дислокаций. В итоге сам сплав меняет свою структуру, становится более твердым и прочным. При этом снижается его пластичность и ударная вязкость. Для того чтобы деформации проходили более легко и нагартовка не разрушала металл, используют отжиг. Для этого сплав нагревают до 350 °С и затем остужают на воздухе.

Диаграмма состояния сплава (алюминий и медь)

Для того чтобы наиболее четко описать взаимодействие компонентов дюраля в твердом и жидком состоянии, а также объяснить характер изменения свойств сплава, используют диаграмму состояний.

Из неё видно, что наибольшая растворимость Cu в сплаве с алюминием наблюдается при температуре 548 °С и при этом она составляет 5,7 %. При повышении температуры она будет увеличиваться, а при понижении – уменьшаться. Минимальная растворимость (0,5 %) будет наблюдаться при комнатной температуре. Если же дюраль закалить выше 400 °С, он станет твердым однородным раствором – α.

Во время данного процесса будет происходить распад твердого раствора. Очень необычно ведёт себя сплав алюминия и меди, формула которого — CuAl_2.Процесс сопровождается выделением избыточной фазы А1. Такой распад протекает в течение длительного времени. Это и есть то естественное старение, о котором мы уже ранее упоминали.

Свойства сплава

Легирование металла теми или иными элементами позволяет повысить его характеристики. Вы запомнили, как называется сплав алюминия с медью? Какими же свойствами он обладает?

Сам по себе алюминий очень легкий, мягкий и совершенно непрочный. Он растворим в слабо концентрированных щелочах и кислотах. Добавив к алюминию медь и магний, можно получить уже достаточно прочный сплав. Его эксплуатационные параметры достаточно легко улучшить – просто нужно оставить его полежать при комнатной температуре. Так, эффект старения увеличивает прочность дюраля, о чём мы говорили выше.

Сам по себе алюминий достаточно легкий. Незначительный процент меди не утяжеляет сплав. Еще одна положительная характеристика – это возможность многократно переплавлять сплав. При этом он не будет терять своих свойств. Единственное, что необходимо, так это после отливки дать ему «отдохнуть» пару суток.

Недостатком дюралюминия является его низкая коррозионная стойкость. Поэтому чаще всего такой материал покрывают чистым слоем алюминия или же красят лаками и красками.

Алюминиевые сплавы и их применение

Впервые дюраль был использован для изготовления дирижаблей. Легкость и прочность этого материала позволила создать отличный летательный аппарат. Для этого применялась марка Д16т. В настоящее время сплавы с алюминием, цинком, медью и другими легирующими элементами широко используются в космонавтике, авиации и иных областях машиностроения.

Так, например, использование дюралюминия при изготовлении авто может значительно снизить его вес и стоимость, но при этом оно будет достаточно прочным.

В общем, можно отметить, что ассортимент данного сплава достаточно широк: трубы, проволоки, листы, ленты, прутки и литые детали разных форм. Одной из самых востребованных и распространенных марок по-прежнему считается Д16т. Маленькая буква «т» в конце маркировки означает, что сплав закаленный и естественно состарился. Он используется:

В конструкциях космических аппаратов, морских судов и самолетов.
Для изготовления различных деталей для станков и машин.
Для изготовления уличных табличек, дорожных знаков.

Название сплава алюминия и меди должен знать каждый. Дюраль используется и в нефтяной промышленности. Так, специальные трубы, изготовленные из него, могут обеспечить эксплуатацию скважины в течение 6-7 лет.

Как называется сплав алюминия и меди, запомнить легко. Итак, мы рассказали, каким свойствами он обладает и где применяется. Он с легкостью может заменить стальной прокат, в особенности если необходимо сделать конструкцию маловесной.

fb.ru

Медь с алюминием – ?