Schweißen von Kupferwerkstoffen

Kupferwerkstoffe sind unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften ebenso gut schweißbar wie Stahlwerkstoffe. Wegen der generellen Neigung der NE-Metalle zur Sauerstoffaufnahme bei den Temperaturen von mehr als 600 °C, müssen die Schmelzschweißverfahren unter inerten Schutzgasen durchgeführt werden.

Im Vergleich zu unlegiertem Stahl hat reines Kupfer fast 7-fach höhere Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur und eine 15-fach höhere bei 1000 °C, eine um den Faktor 1,4 höhere Wärmedehnung und eine ca. doppelt so große Schrumpfung beim Erstarren (Tabelle 1). Diese Eigenschaften sollen beim Schweißen berücksichtigt werden.

Tabelle 1

Vergleich der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Kupfer, wichtigen Kupferleitungen und unlegiertem Stahl
Werkstoff-gruppe Ausdehnungs- Koeffizient [10-6/K] elektrische Leitfähigkeit [m/(Ohm* m^2] Wärmeleitfähig bei 20°C [W/m*K] 0,2%-Dehnungs-grenze Rp0,2 ungefähr [N/mm^2] Zugfestigkeit Rm min. [N/mm^2] Bruch-dehnung A min. [%]
Cu 17 60 395 40 - 80 200 - 250 max. 60
cuZn 18 - 20,3 15,0 - 33,3 117 - 243 60 - 420 240 - 460 4 - 20
CuNiZn 16,5 - 17 3,5 - 4,0 27 - 33 270 - 580 380 - 650 0 - 9
CuSn 18,4 - 18,5 7,5 - 10 67 - 85 220 - 550 330 - 620 0 - 5
CuNi 14,5 - 17,6 2,04 - 6,4 21 - 48 90 - 500 280 - 560 0 - 14
CuAl 17,0 - 18 5 - 10 40 - 83 110 - 680 350 - 830 0 - 25
Stahl, unlegiert 12 5,5 - 7 48 - 58 175 - 355 290 - 630 18 - 26

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Metallurgie des Schweißens

Abb 1: Schweißverbindung
Abbildung 1: Aufbau von Schweißverbindungen
Abb 1: Schweißverbindung
Abbildung 1: Aufbau von Schweißverbindungen

Ähnlich wie beim Stahl entsteht bei den Kupferwerkstoffen durch die Wär-
meeinbringung neben der Schweißzone ein thermisch beeinflusster Bereich,
die Wärmeeinflusszone (siehe Abb. 1).

Die entstehende Kornvergröberung und die Breite dieser Zone sind abhängig von der Höhe der Wärmeeinbringung sowie der Vorwärmtemperatur. Bei Werkstoffen mit einem kfz-Gitter z. B. reines Kupfer ist das Kornwachstum geringer.
Bei kaltverfestigten Werkstoffen geht bei einer Erwärmung über die Rekristallisationstemperatur, vor Allem bei Schweißvorgängen, die Verfestigung verloren. Die Festigkeitskennwerte sinken auf das Niveau des unverformten Werkstoffs. Je länger die Wärmeeinbringung, desto größer ist der Festigkeitsabfall in der Wärmeeinflusszone. Deshalb sollte die eingebrachte Wärmemenge so gering wie möglich sein.

Die Schweißbarkeit von Kupferlegierungen wird u. a. von den Legierungselementen, von den Werkstoffphasen im Grundwerkstoff und von den gebildeten Phasen in der Schweißnaht beeinflusst.

Schweißen

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Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen
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