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异种金属焊接问题及焊接工艺分析于维俊

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：于维俊

[导读] 摘要：随着我国工业发展速度不断加快，制造加工行业也得到较好的发展。

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        摘要：随着我国工业发展速度不断加快，制造加工行业也得到较好的发展。异种金属焊接是制造加工行业中的重要环节，由于制造产品零件数量种类繁多，加工过程范围广泛。因此，有必要对其加工技术质量内容进行分析，例如，要了解焊接工艺对零部件整体性能的影响。基于此，本文中简单探讨了异种金属的焊接特征、焊接常见问题、焊接工艺分析，以供参考。
        关键词：异种金属；焊接；问题；焊接工艺
        引言
        在加工制造领域，新技术、新工艺应运而生，新设备的出现大大改善了机械加工的质量，尤其体现在金属焊接方面。异种金属之间的焊接可以最大程度发挥金属材料的性能，改善原有的结构，还可以减少昂贵材料的使用，替代部分稀有金属，并且可以大幅度降低生产成本，实现广泛的推广应用，从而有效提高经济效益。例如，铝及铝合金金属的应用，在生产制造的过程中，就需要提高异种金属的焊接工艺，对二者之间进行连接，最终实现效益最大化。
        一、异种金属焊接的基本特征
        当前异种金属焊接的主流搭配是钢与铝合金，钢是目前机械加工行业领域中最为常见的金属材料，而铝合金则具有质量轻、塑性好、耐腐蚀性强等等特点，比较常见的二者连接方式具有以下两种：一是粘结方式。该方式中接头的机械强度十分有限，可能无法满足高强度焊接要求，使用情况相对偏少；二是机械连接。该连接方式能够实现异种金属之间的高强度连接，但无法保证连接气密性，且如果机械连接方式会在连接段留下连接痕迹，严重影响美观。综上所述，焊接就成为了最为常见的连接手段。考虑到铝与钢的物理性能存在较大差异。因此，其焊接过程可能存在较大难度。
        以下介绍了几点异种金属焊接的基本特征：
        （1）焊接熔点特征。异种金属代表了不同种类金属，所以它们的熔点必然不同，对于铝材料金属而言它的熔点表现偏低，所以在与钢进行异种金属焊接过程中必然出现铝金属材料先完全融合，整体呈现液态，而钢依然处于固态的焊接熔点不同步情况。
        （2）焊接密度特征。还以钢与铝合金为例，这两种金属的密度不同，其中液态的钢水密度要大于铝水，如果二者同时融化就会出现铝水浮在钢水上的情况。如此密度不统一的情况一旦出现，就会在金属冷却、定型过程中出现金属之间融合不均匀问题，导致金属接头性能表现不够理想。
        （3）热导率特征。钢与铝合金之间存在不同的热导率，所以二者在上线膨胀系数方面也存在较大差别。在焊接过程中容易造成焊接接头严重变形。一旦变形过分严重，就会产生更为严重的焊接金属裂纹情况，不容忽视。
        二、异种金属焊接常见问题分析
        （一）夹渣现象
        不同的金属在进行焊接的过程中，容易在母材上形成氧化膜，氧化膜的存在会增加两种金属融合的难度，而且氧化膜会随着温度的升高变厚，除此之外，也会在熔池表面产生氧化膜，这样一来，随着加热的温度越高，就会越影响液态金属的融合，最终产生夹渣。
        （二）焊接接头的裂纹
        在进行焊接的时候，接头容易出现裂纹，裂纹又分为冷裂纹和热裂纹两类。前者是在焊接应力的作用下产生的。后者则是高合金钢焊缝，尤其对于一些纯奥氏体组织而言，最容易产生，这类材料在进行焊接的时候，由于焊缝中还存在大量的未结晶低熔点共晶体液膜，这些体液膜很容易在应力的作用下产生裂纹。
        （三）碳迁移现象
        碳迁移也是常见的焊接问题之一，该现象会造成接头的高温机械性能降低，影响内部的化学组成成分，那么就会导致高温下金属的失效断裂增加，从而降低金属的高温使用寿命。

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        （四）性能不连续
        不同金属之间的组织成分都不相同，因此就会造成焊接的接头位置出现差异，比如焊接接头部分的硬度、耐温性、可塑性、韧性等都不相同，就会呈现接头不均匀的情况，这种不均匀性会使得日后的使用中出现偏差。
        三、异种金属焊接工艺分析
        在实施异种金属焊接之前，还需要明确异种金属彼此之间不尽相同的物理性质，其中就包括了密度、熔点、热膨胀系数等等指标。在异种金属焊接之前必须做好各项事前准备，并针对金属焊接的缺陷制定相应焊接计划，最终确保金属融合效果到位。
        （一）对焊接材料的选择
        异种金属焊接是将不同金属利用焊接的方式连接在一起，因此选择焊接材料时，必须考虑到不同焊缝金属的性能和成分，根据接头的缺陷情况选择合适的材料，比如接头缺陷不明显，就可以采用韧塑性较高的材料。
        （二）对焊接方法的选择
        在选择焊接方法的时候，要根据材料的特性进行方式选择，满足焊接性和工艺焊接性。比如如果是铝和钢的压焊的话，一般采用滚焊或爆炸复合的方式。但是需要注意的是，采用上述方法，会导致铝和钢之间产生硬度较高的化合物，加上金属之间的物理性质不一致，就容易造成压焊过程金属发生高塑性变形，产生高硬度的化合物，从而导致复合板性能下降。因此可以采用压轮的方法进行焊接，该方式可以有效提高铝合金与钢板的接触力度，并且可以提升二者之间的热传递速率，该技术的使用也能够有效延展金属的强度，采用激光压力焊的方式，可以选择不同功率的激光，产生不同等级的压力，因而可以最大程度地提高接头的强度。
        （三）对工艺参数的选择
        选择合适的焊接工艺参数，能够有效保证焊接接头质量，焊接的工艺参数包括许多方面，具体包括：焊接的电流电压等级、焊接速度以及焊条直径等。这些参数不仅各自对焊接过程有影响，二者相互之间也有影响，比如焊接电流增大，也会导致整体的输入热量增大，与之对应的整个热影响区的范围也有所增加。
        （四）对坡口角度的分析
        根据母材厚度与熔合比进行选择，如果坡口角度偏大，熔合比就会相应减小，争取较小的熔合比也是异种金属焊接工艺所追求的。
        （五）对过渡层的采用
        在进行异种金属焊接之前，需要在一种金属的坡口堆焊一层厚度适当的过渡层，如此可有效消除扩散层，并减少异种金属熔合区域所可能产生的裂纹倾向。
        （六）焊前与焊后处理的分析
        在焊前需要做好预热，有效降低焊接接头所存在的淬火裂纹倾向，在预热温度分析过程需要对母材的淬火倾向大小与焊接金属合金化程度进行分析。在焊接后需要再进行一步热处理，目的是为了提高接头淬硬区域的塑性，并减小焊接应力水平，同时避免引发焊接裂纹以及焊接碳迁移现象问题。
        四、结语
        在实际的生产加工中，制造厂商为了节约成本，采用异种金属焊接来替代昂贵金属，实现效益最大化。在进行异种金属焊接之前，工厂应该清楚明确金属的加工要求，合理规划焊接流程，采用合适的焊接加工工艺流程，对于可能出现的问题应事先做好预防工作，尽可能减少焊接中的焊接误差，最终保证生产质量。
        参考文献：
        [1]冯菲玥，陈云霞.铝/钢异种金属焊接技术的研究现状[J].焊接技术，2021，50（01）：1-8.
        [2]朱瑞灿，赵衍华，王浩，秦国梁，刘顺刚，张凌东.铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状[J].焊接，2020（12）：1-10+61.
        [3]罗平英.异种金属焊接问题及焊接工艺分析[J].四川水泥，2017（12）：284.
        作者简介：于维俊（1971.11.1-）男，汉族，辽宁庄河人，研究方向：焊接。