孟宪林
沈阳远大装备科技有限公司,辽宁省沈阳市 110027
摘要：随着现阶段合金技术的不断发展，合金材料也在物理性能上优于单一金属，使得异种金属材料焊接的应用范围得到了扩大。在异种金属材料焊接被广泛应用的同时，由于异种金属之间物理性质的差异，使得焊接中常常会出现质量低等缺陷。对此，本文将对异种金属材料物理性质对焊接的影响进行研究与探讨，以期达到提高异种金属材料焊接水平的目的。
关键词：异种金属材料；物理性质；焊接
前言：随着科学技术不断地进步，，单一的金属性能已经无法满足焊接需要，异种金属焊接应时而生。为了异种金属材料之间能够顺利地进行焊接，就必须对其物理性质进行一定的研究，最大限度的减小性质差异性给焊接带来的影响。在焊接时，也要注意选择差异性较小的异种金属材料，这样不仅能够保障焊接质量，也能减少对原材料 的浪费，节约生产成本。
1 异种金属材料焊接概述
1.1 异种金属材料焊接应用
以高温、加热、或者高压的方式，将金属或者热塑性材料进行接合的技术，被我们称之为焊接，而异种金属焊接，指的是将两种或者两种以上金属材料进行焊接。金属焊接在我们日常的生活建设中起着很大的作用，这是因为异种金属焊接能够让不同材料的优异性能得到充分发挥，也能使得生产成本得到降低，提高了生产的经济效益[1]。这些优点使得异种金属焊接技术在石油行业、航工航天、机械工程、建筑工程等多个行业得到了广泛的应用。
1.2 异种金属材料焊接难点
随着科学技术不断地进步，很多情况下，单一的金属性能已经不能满足工程需要，在异种金属材料焊接中，也存在着一些难点需要在施工中格外注意。例如不同金属的化学成分与物理性质都不尽相同，在对这些金属进行焊接的时候，要注意协调好不同金属之间的特性，避免出现性能差别太大影响到焊接的稳定性和有效性。在焊接时也要注意焊接的温度或时间，要满足金属所需要的标准，防止出现焊接不完全的现象。
1.3 异种金属材料焊接的发展趋势
在石油化工等行业中，焊接过程中对异种金属材料焊接接头的腐蚀成为了一个常见的问题，因此，异种金属材料焊接的接头的抗腐蚀性能应当得到进一步的提高。与此同时，随着工业时代向信息时代的转变，航天航空与电子信息产业都得到了飞速的发展，在这两个行业中，轻金属材料的应用十分广泛，因此在以后，轻合金异种材料焊接也会成为一项发展趋势[2]。
2 金属的物理性质对焊接的影响
2.1 金属熔点
在异种金属材料焊接时，需要将金属材料进行熔化，在物理学上来说，熔化是指物质吸收热量，从固态转变到液态的吸热过程，而且，不同物质饿熔点也不尽相同[3]。在异种金属材料焊接时，如果要进行焊接的多种异种金属材料的熔点相差较小，一般来讲是差距小于100°C的时候，那么焊接过程会较为容易。如果两种金属材料熔点之间的差距大于100°C，就会出现熔点低的金属已经融化成液态，熔点高的金属还是固态，这就使得两种异种金属材料的焊接位置，无法得到良好的融合，影响了焊接的性能。除此之外，熔点较高的金属材料在持续的高温过程中，也会因为热胀冷缩原理出现凝固、收缩等现象，从而导致了已经固化凝结的金属产生压力，这会使焊接部位出现裂缝，对焊接质量造成了较为严重的影响。
2.2 金属材料的导热率与比热容
导热率是指物质对热量的传递能力，比热容是指物质提高一定温度所需要的热量，一般来说，金属材料的导热率与比热容都比较高，而且不同金属之间，导热率与比热容之间的差异也不尽相同[4]。
如果在异种金属材料焊接的时候，不同金属导热率与比热容差距不大的话，那么热输入就会比较平衡，能够使得焊接顺利完成。与之相反，如果使用的金属材料导热率与比热容之间的差距比较大，那么在焊机过程中热输入就会不平衡，从而导致金属的熔化并不均匀，也会有焊接裂缝等不良现象随之出现。
除此之外，由于热输入不平衡而导致的受热差异，也存在着改变焊接材料结晶机构，从而使其物理性质发生改变的可能性。比热容高的金属材料在焊接过程中受热容易，这也说明在冷却过程中，金属也容易出现冷却速度快的现象，过快的冷却会使得金属材料在变硬的同时也会变脆，这种现象我们称之为淬硬现象，淬硬现象的出现也会导致焊接质量受到影响。如果金属的导热率低，在焊接过程中就会出现受热不均，部分金属材料过热的现象。
2.3 金属材料的线膨胀系数
线膨胀系数是指物质形状大小发生改变，膨胀或者收缩的程度，与其他属性相同，不同的金属种类也有着不同的线膨胀系数。如果两种金属线膨胀系数之间的差距较大，那么在异种金属材料焊接的过程中，就会因此使得金属材料在收缩与冷却的时间差距相应增大，从而导致近乎内部产生抗拒外力的内力，我们称之为焊接应力，焊接应力生较大的变化，会造成焊接出现裂缝、接头与母体脱离等严重问题。因此，不同金属材料之间的线膨胀系数差异越小，异种金属材料焊接难度也就越小，随着差异的增大，异种金属材料焊接难度也会随之增大。
2.4 磁场作用
现阶段我国的焊接技术，主要采用的技术使直流电弧电焊与电子束电焊，来对异种金属材料进行焊接。再用这两种方式进行异种金属材料焊接的时候，磁场的不同会使得电弧偏吹，或者金属中的电子流向发生变化，电子束偏离了金属固电子团的轴线，从而导致电流向金属此题的临沂个方向发生偏离。这种电流偏移的现象，会让焊接的金属发生溶解，焊接金属的熔化量增大。熔化程度加剧，容易使得磁性偏弱的金属融合不充分，出现了种种问题。
3 异种金属相溶性差异对焊接的影响
异种金属材料相溶性特征，是异种金属材料焊接能够进行的基础，相溶性是指，两种不同的金属在固态的时候，就能够互相溶解，并且形成了新的固溶体。但是合金元素必须要要满足一定的条件，才能相溶。第一个条件为，两种金属的晶格类型需要有一定的匹配度，例如都是立方体晶格。第二个条件为，两种金属的原子半径不能相差太多，原子半径相近，就说明两种金属元素所具备的物理性质较为接近，焊接就容易进行。第三个条件为，两种金属元素在化学元素周期表上的位置不能太远，位置靠近则代表化学性质差异小，也使得焊接难度降低。综合而言，晶格类型相近、物理性质相近、化学性质相近的异种金属材料，焊接难度通常较小，晶格类型差距大、物理性质差距大、化学性质差距大的异种金属材料，焊接难度通常较大。如果这三种条件的满足度不高，那么在焊接的过程中两种金属会产生新的化合物，从而导致焊接接头降低了可塑性与韧性，产生的金属间化合物越多，焊接的质量也就越差。不过，金属间化合物的形成需要在一定的温度条件下进行长时间反应，因此，控制好异种金属材料焊接的温度与时间，能够相对有效的解决这一问题。
结论：异种金属材料焊接，是在焊接工作中无法避免的，并且由于异种金属材料的物理性质有所差异，对焊接带来的影响也不尽相同。为了保障焊接质量，提高焊接工作的发展，就必须要对异种金属材料物理性质对焊接的影响加以研究，找出其中的规律，避免在焊接工作中出现相应的缺陷与问题，从而影响工程的建设。
参考文献：
[1]黄本生,黄龙鹏,李慧.异种金属焊接研究现状及发展趋势[J].材料导报,2011,25(23):118-121.
[2]刘奋军,李增生,王憨鹰,白艳霞.Mg/Al异种金属焊接研究现状及发展方向[J].机械强度,2014,36(05):819-823.
[3]陈涛.异种金属材料物理性质对焊接的影响探思[J].世界有色金属,2020(13):229-230.
[4]王登杰.异种金属材料物理性质对焊接的影响分析[J].世界有色金属,2019(11):278+280.