Почему медь?

Исходный текст я выкладывал на сайте https://forum.homedistiller.ruНо с того момента прошёл не один год, некоторое видится чуть иначе/

Медь один из традиционных материалов использовавшийся в пищевой промышленности и «пищевом быту» на протяжении тысячелетий, пожалуй, это был первый металл позволяющий создавать ёмкости приличных размеров, возможно до того было олово, но оно хоть и более легкоплавко, но гораздо менее прочно. Я бы ещё сварил в оловянной кастрюле борщ, но вот уже бочка из олова на мой взгляд была бы или очень ненадёжной или очень тяжёлой за счёт невероятно толстых стенок для надёжности.

Причин «медному старту цивилизации» несколько.


Первое, это наличие медных руд неглубокого залегания в районе «очагов цивилизаций», средиземноморье, индия как пример. Тех мелких месторождений давно уж нет, выработаны подчистую, но свою роль они уже сыграли.

Относительно несложное извлечение меди из руды. Для процесса не требуется кислородное дутьё или электролиз. Ведь алюминиевые руды более доступны чем медные, но извлекать из них металл научились сравнительно недавно.

Лёгкая обрабатываемость. Ковкость, в частности. Тут впереди, пожалуй, точно золото, наверное, свинец, что ещё из широко известного и не скажу. Наверное, если бы что, то было, то было бы широко известным.

Относительно невысокая токсичность соединений. Соединения меди есть ложками не стоит, конечно, но и быстро с жизнью не расстанетесь, попив из позеленевшего медного сосуда, если не будете эту зелень специально соскребать и глотать. Для дома годится, если за посудой следить.

Красота. Медь и золото вот два металла имеющих естественное окрашивание, у остальных, в не окислённом виде, есть лишь оттенки серого или серебристого, слой ржавчины за окрас считать не будем. Но если золото отполировал и надолго, только не царапайте, то медь окисляется и нужен кто-то регулярно начищающий медные ручки, самовары и другие медные изделия.

Это были положительные моменты. Теперь отрицательные.

Основной аргумент против, это все-таки достаточная токсичность соединений и невысокая химическая стойкость, которая позволяет этим соединениям легко образовываться.  Когда говорят «что сколько используется и ничего» то вспомните что в Древнем Риме водопроводы из свинца делали, так как металл удобный и сразу никто не умирал от такой воды. Так подтравливались потихоньку.

Невысокая химическая стойкость меди не позволяет мыть её высокоактивными моющими средствами, некоторые из них не всякая нержавейка держит долго, и это им в плюс, они быстро уничтожают самую стойкую нежелательную микрофлору.

Поэтому «традиционное значит хорошее» это субъективизм. Ведь вы не хотите вернуться к «традиционной» медицине средневековья, не стремитесь чтоб вам удаляли и лечили зубы так как настоящим жителям Лютеции (старое название Парижа, от латинского lutum – грязь, а Париж от племени паризиев которое там до римлян жило). То есть рассматривать будем химические свойства, механические, но не историческую ценность.

Обрабатывать медь можно разнообразными способами, так как металл пластичен и мягок, особенно в отожжённом состоянии. У меди очень значительно отличается её прочность в отожженном и холоднодеформированном состоянии. На основе этого есть цирковой трюк. Атлет выносит несколько колец и прутьев из отожженной отполированной меди. Затем кольца разгибает, прутья сгибает в кольца. Затем просит кого-то провести обратный процесс сгибания – разгибания. Все терпят фиаско. Толщина прута такова чтобы сильный мужчина мог это проделать со значительным, но не предельным напряжением пока медь отожжена. Допустим усилие на первую деформацию 80 кг, тогда на повторную может быть в 2 – 2,5 раза больше.
Ещё есть декоративный «трюк» берём отожжённую медную пластину, с предварительно отшлифованными в плоскость сторонами. На одной стороне делаем чеканку дракона, (этот трюк был очень популярен в Китае, поэтому дракон) затем противоположную сторону полируем. Там, где чеканка металл твёрже и появляется невидимый глазу бугорок. В такое зеркало можно смотреться, не замечая деформации, но если отразить им свет на стену, то уже в 3-5 метрах явно будет виден рисунок дракона.

К чему я это? К тому, что при работе с медью очень желательно иметь возможность делать промежуточные отжиги. Для размягчения. Иначе многие технологические возможности останутся для вас «за кадром»

Важнейший для нас вопрос это способы соединения деталей из меди.

Основные виды это такие:


Клёпка. Закатка швов.  Пайка. Сварка.

Клёпка дело сложное. Для его освоения нужно время, для её осуществления нужно оборудование. Особенно важно термическое, если конечно шов силовой, а не декоративный.  Я не буду вдаваться в технологию клёпки меди так как она сейчас мало распространена, достаточно о ней упомянуть.  Лично я ей занимался только в декоративных целях, изготавливая всякие приколы для Толкиенистких игр в 1988-1994 годах, и стимпансковские приколы несколько позже.  Герметичных швов не клепал, тем более на сосуды, подвергающиеся знакопеременным нагрузкам.

Закатка швов. Стандартное дело для меди, оцинкованной стали, жести. Не зря книги по соответствующему профилю называются «Медницкие и жестяницкие работы». Это проще клёпки, но всё равно требует навыков и приспособлений, редко имеющихся у любителей. Я не называю любителями тех, кто посвящает этому времени чуть ли не больше, чем основной работе, даже если и не получает за это денег. Как к примеру Альберт Эйнштейн работавший экспертом в Федеральном бюро патентования изобретений в Берне, и в это же время писавший свои знаменитые работы по физике. Мы-же не называем его известным патентоведом и физиком-любителем?   К тому-же закатка швов мало удобна для изготовления небольших изделий, где толщина листа существенна по сравнению с радиусами изгиба изделия. Допустим труба диаметром 50 мм из меди толщиной 1,5 мм. Закатать шов может и можно, но выглядеть будет грубовато и изготовление очень проблемно.   Я допускаю изготовление красивых закатанных швов и при вышеупомянутых параметрах изделия, но не допускаю что такой шов хоть и некрасивый, но герметичный сделает новичок на коленке.

Пайка. Пожалуй, самый простой и распространённый способ обработки меди. Тем, кто не паял вообще ничего в жизни, советую начинать не с листовой меди. Какие особенности?  Высокая теплопроводность. Тепло просто «улетает» от точки нагрева.  Те, кто паял до этого только сплавы меди, эту проблему ещё не очень прочувствовал. Теплопроводности сплавов всегда меньше, чем теплопроводность самого теплопроводного компонента.  Если кого интересует почему так могу развернуть тему, по официальному образованию я физик с уклоном в материаловедение.


 Сложнее в этом отношении паять только серебро. То есть основные особенности пайки меди. Мощный паяльник.  По возможности накрывать чем-то термостойким и теплоизолирующим незадействованные части изделия. Возможны дополнительные паяльники или горелки для подогрева изделия в целом. Я, например паяю трубы из меди положив на газовую плиту и включённую на слабый огонь. Точнее подбирая нагрев. Когда она нагрета до температуры на 30-50 градусов ниже температуры плавления припоя, то процесс идёт гораздо проще.
Естественно, в нашем деле мы не будем паять себе любимым что-то Припоями Оловянно-Свинцовыми, ПОС, свинец нам не нужен. Олово, чистое олово или олово с серебром. Допустим ПСР-3,5, где 3,5 это 3,5% серебра. Или Оловянно-медный.  Есть более экзотические варианты, например с редкоземельными элементами. Их много. Найдёте такую экзотику, пишите, спрашивайте, будем разбирать по факту.

Сварка меди. С этим я сталкивался чаще всего. Трудности те-же что и в пайке. Высокая теплопроводность.  В среднем сварщик-аргонщик по меди получает вдвое больше, чем по нержавеющей стали. Это у нас, в Харькове, но как я понимаю тенденция общая. Когда мы варили обечайки диаметром 800 мм из меди толщиной 3 мм, то я спроектировал устройство и был создан «стакан» куда обечайка ставилась и нагревалось двумя газовыми горелками. Тогда сварщику было гораздо легче прогреть место сварки.

Вторая трудность при сварке, та-же, что при сварке других чистых металлов. Практически нет температурного диапазона, когда металл расплавлен частично. Так как это чистый металл, а не сплав с разными фазами, имеющими различную температуру плавления, то при нагреве вот только что был твёрдый металл и вот уже жидкость. Естественно, есть полу-расплавленное состояние, когда есть кристаллы нерасплавленные и расплав, но при быстром подводе тепла оно проскакивает очень быстро. Есть отличия при плавлении одной фазы и нескольких.  Особенно если учесть что теплопроводность расплавленной меди гораздо ниже чем твёрдой, то как только вы получили расплав, то он стразу начинает отдавать тепло остальному металлу хуже.

Теплопроводность при комнатой температуре приблизительно 400 ватт / (метр кельвин), при температуре плавления, но твёрдой 317, а при той-же температуре, но жидкой 175 в той же размерности. В общем, сваривать медь сложно, но можно.
Можно варить медь не медной присадкой, а специальной, с добавками олова, серебра и прочего. Смысл мероприятия в том, что температура плавления такой присадки несколько ниже, чем самой меди. Но это не твёрдая пайка, так как происходит расплавление основного металла.

 Стоимость «хороших» присадок для сварки (как и для пайки) весьма высока. По ценам мая 2014 палочка диаметром 2 мм медной присадки с добавками серебра и кучи иного (по паспорту ещё 9 компонентов) длиной метр стоила 90-130 гривен.  90 если брать много, 5 кг то во столько одна обойдётся, 130 если брать одну палочку. Это был единственный припой, которым не самый «супер-пупер» сварщик мог уверенно варить потолочный шов по меди, сваривая медь толщиной 3 и 2 мм. Корпус реактора с отводом диаметром 600 мм.  Там куча добавок, обеспечивающих сразу множество «правильных» свойств.  Высокий коэффициент поверхностного натяжения и прочее.

Но необходимо внимательно читать состав присадки и представлять вам оно нужно или нет?

Скачать

Добавить комментарий