Was Kupferwalzen tatsächlich produziert
Das Walzen ist in fast jeder Kupferproduktkette der erste eigentliche Formgebungsschritt. Ein gegossener Drahtbarren oder Barren wird zwischen Walzen in halbfertige Formen zerkleinert: Walzdraht, Rohrmantel, Stab, Streifen, Platte und Profil. Jede nachgelagerte Industrie zieht, extrudiert, schmiedet oder verarbeitet diese halbfertigen Formen dann zu ihrem eigenen Artikel. Da Kupfer schnell aushärtet, ist der Walzplan eher auf das Zwischenglühen als auf die maximale Reduktion pro Durchgang ausgelegt.
Die praktische Leistung einer Walzlinie lässt sich in vier Familien einteilen: Walzdraht von 8 mm bis 25 mm für Leiter, Rohrhüllen und fertige Rohre, Stangen und Sammelschienen sowie aufgerollte Streifen oder Bleche. Elektrische Leitfähigkeit, Oberflächenreinheit und Maßtoleranz sind die drei Eigenschaften, die darüber entscheiden, ob ein Walzprodukt für den Leiterbetrieb zugelassen oder für allgemeine technische Zwecke verwendet wird.
So funktioniert die Rollsequenz
Stranggegossener oder warmgewalzter Stabdraht wird einer Warmwalzstraße bei 800–950 °C zugeführt und erzeugt in einer einzigen kontinuierlichen Folge 8-mm-Stäbe.
Wenn enge Toleranzen, geringe Dicken oder eine bestimmte Härte erforderlich sind, folgt das Kaltwalzen mit Rekristallisationsglühen zwischen den Reduktionsschritten.
Die Härte wird durch die abschließende Kaltreduktion festgelegt: geglüht, viertelhart, halbhart, dreiviertelhart oder hart.
Korngröße und Sauerstoffgehalt werden kontrolliert, da beide die Leitfähigkeit und die Biegeformbarkeit beeinflussen.
Draht- und Kabelleiter
Walzdraht für Elektrozwecke ist die größte Einzelverwendung von gewalztem Kupfer. Elektrolytisches Tough-Pitch-Kupfer der Güteklasse C11000, das gemäß Spezifikationen wie ASTM B49 und EN 13601 geliefert wird, wird zu Einzeldrähten, Litzenleitern, isolierten Baudrähten und Mantel- oder Armierungsdrähten für Kabelzubehör verarbeitet. Sauerstoff-freie Qualitäten werden dort gewählt, wo der Leiter geschweißt, gelötet oder reduzierenden Atmosphären bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird, da sauerstoffhaltiges Kupfer zu Wasserstoffversprödung führen kann. Verzinnter Draht wird aus demselben Stangenmaterial gewalzt und gezogen und dann zur Korrosionsbeständigkeit in Schiffs-, Automobil- und Gerätekabelbäumen beschichtet. Die Leitfähigkeit für Leiterkupfer wird normalerweise mit 100 bis 101 Prozent IACS angegeben, was einem spezifischen Widerstand von etwa 0,0171 Ohm mm2/m bei 20 C entspricht.
Kupferrohr für Wärmeübertragung und Druckanwendungen
Gewalzte und anschließend extrudierte oder geschweißte Rohre werden gemäß ASTM B75, ASTM B88 und ASTM B280 spezifiziert, je nachdem, ob es sich um den allgemeinen Maschinenbau, Trinkwasser oder Kälte- und Klimatechnik handelt. Zu den typischen Endanwendungen gehören Rohrbündelwärmetauscherbündel, Kondensatoren, Kesselspeisewasser- und Dampf-{4}}Wasserabscheiderleitungen, Druckbehälter, Entsalzungsanlagen sowie die Kondensat- und Kältemittelkreisläufe von HVAC-Geräten. Kupferrohre werden für diese Aufgaben ausgewählt, weil die Wärmeleitfähigkeit von etwa 390 W/mK eine Größenordnung über der von Edelstahl liegt und weil der Oberflächenfilm den leicht sauren und chloridhaltigen Wässern widersteht, die Kohlenstoffstahl angreifen. Dampfkondensatoren und Behälterrohrleitungen machen einen großen Anteil des Walzrohrvolumens in der Schwerindustrie aus.
Stangen, Stangen und Bänder in elektrischen und mechanischen Geräten
Durch das Rotationsschmieden und Walzen von Stangen werden Stromschienen, Kommutatorsegmente, Transformator- und Relaisspulenwicklungen, Elektrodenmaterial für das Widerstandsschweißen und Motorrotorstangen hergestellt. Sammelschienen werden üblicherweise nach ASTM B187 mit rechteckigem Querschnitt und harter Vergütung bestellt, sodass sie unter Kurzschlussbelastung ihre Form behalten und dennoch einen geringen Verbindungswiderstand bieten. Gewalzte Bänder und Bleche, die gemäß ASTM B152 in Dicken bis zu 0,1 mm geliefert werden, werden gestanzt und zu Transformatorspulenmaterial, Schaltanlagenkontakten, Wärmetauscherrippen, Dichtungen, Anschlussklemmen und Präzisionsinstrumententeilen geformt. Im Maschinenbau werden gewalzte Kupferstangen zu Lagern, Formen, Elektroden für die elektrische Entladungsbearbeitung und verschleißfesten Komponenten verarbeitet, bei denen sowohl Wärmeleitfähigkeit als auch nicht{8}magnetisches Verhalten erforderlich sind.
Die Verwendung von Kupfer in der Verteidigung und im Schwertransport folgt derselben Logik. Kolben- und Zylinderlaufbuchsenkomponenten für Flugzeugtriebwerke, Kraftstofftank- und Kühlerbaugruppen sowie Präzisionsgussteile nutzen alle die Vorteile der Kombination aus Wärmeübertragung, Korrosionsstabilität und Ermüdungsbeständigkeit, die gewalztes Kupfer bietet.
Häufig gestellte Fragen
F: Welche Kupfersorte wird für Elektrowalzdraht verwendet?
Der Standard ist C11000-Elektrolyt-Tough-Pitch-Kupfer, spezifiziert nach ASTM B49 oder EN 13601, normalerweise mit einer IACS-Leitfähigkeit von 100 bis 101 Prozent. Sauerstoff-freies C10100 und C10200 werden dort eingesetzt, wo Schweißen oder Arbeiten in reduzierender{9}}Atmosphäre erforderlich sind.
F: Warum wird Kupfer gewalzt und nicht nur gegossen?
Das Walzen verfeinert die Gusskornstruktur, schließt die Porosität und sorgt für die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte, die zum Ziehen von Draht oder zum Formen von Rohren erforderlich sind. Es legt auch die Temperatur fest, von der nachfolgende Umformvorgänge abhängen.
F: Welche Härte sollte zum Biegen und Bördeln bestellt werden?
Für das Biegen und Bördeln ist geglühter Zustand O60 oder O50 normal, da er die erforderliche Dehnung ohne Rissbildung bietet. Halbhartes H02 wird für Stromschienen und Strukturteile verwendet, die ihre Form behalten müssen.
F: Wie wird das Walzen von Kupfer spezifiziert und geprüft?
Die Spezifikationen umfassen chemische Zusammensetzung, Leitfähigkeit, Korngröße, Härte und Abmessungen. Bei der Inspektion werden in der Regel Spektrometeranalyse, Zugprüfung, Wirbelstromprüfung auf Oberflächen- und oberflächennahe -Defekte sowie Maßmessungen kombiniert.
F: Können gewalzte Kupferprodukte im Betrieb geschweißt werden?
Ja, obwohl sauerstoffhaltige, zähe Pechsorten sorgfältig behandelt werden müssen, um eine Wasserstoffversprödung in der Wärmeeinflusszone zu vermeiden. Sauerstoff-freie Qualitäten und silberhaltiges-Kupfer werden bevorzugt, wenn Schweißverbindungen oder Lötverbindungen geplant sind.
F: Was bestimmt den Preis von gewalzten Kupferprodukten?
Größtenteils der Metallpreis, der an den Börsenmärkten festgelegt wird und sich täglich ändert. Die Herstellungskosten hängen von der Anzahl der Walz- und Glühdurchgänge, den Anforderungen an die Härte, der Dickentoleranz und der Menge pro Bestellung ab.
