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异种金属材料物理性质对焊接的影响 摘要：异种金属材料由于物理性质的不同会对焊接过程起着不同程度的影响。按照实际工程要求的需要，异种金属焊接的组合是多种多样的，按照焊接材料的不同来分类，有异种钢焊接、异种有色金属焊接、钢与有色金属焊接。由于异种金属的材料的物理性质的不同对焊接产生了不同程度的影响，文章主要对这一问题进行了讨论。 下载 关键词：异种金属；物理性质；焊接 中图分类号：TG453 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0071-02 所谓“异种”金属的焊接是指两种或两种以上不同物理材料的金属的焊接，常见的比如说，铜和铝的焊接。除此之外，也指同种金属不同材质的焊接，例如同为钢材料的Q235与16Mn的焊接，由于物理性质的差异决定了不同金属的焊接要使用不同的焊接技术，只有这样才能保证金属焊接的质量。 1 金属物理性质的差异对焊接的影响 （1）熔点问题。在进行焊接的时候，两种金属都必须熔化，假如这两种金属的熔点相差不大（100）时，就可能会引起下面的情况那个熔点温度较为低的金属材料因在加热的过程中过早熔化成液体，而那个熔点相对较高的金属因为没有达到熔点而没有熔合。再则，高熔点的金属在焊接中收缩和凝固时，会给在部分凝固、薄弱状态的熔点低的金属产生相应的压力，导致焊接出现裂缝。 （2）比热容和热导率问题。不同金属的热导率和比热容各不相同，当两种金属的热导率和比热容差距很大的时候，就会引起热输入不平衡，焊接时金属熔化不均匀，焊接缝隙就会发生改变，金属两边发生结晶的情况也会根据条件发生转变。举例说明，那些热导率较高的金属在进行焊接的过程中受热影响的区域比较多，而当它们在冷却时也会迅速而轻易地发生淬硬问题，而其他热导率相对低一些的金属就会在焊接中发生过热 现象。 （3）线膨胀系数问题。两种线膨胀系数差异很大的金属在焊接中，因为二者冷却和收缩的时间不一致，就会产生比较剧烈的焊接应力，严重的时候就会引起焊接的裂缝。 （4）磁场作用。磁场作用引起焊接问题主要是对于那些两种磁性不同的异种金属的焊接。当我们采用直流电弧或者是电子束焊接方法的时候，就可能会由于磁场不同的原因使电弧偏吹或者电子束偏离金属固定的轴线，电流向金属磁体的另外一侧偏离。这种现象就会导致被焊接的金属熔化量过于大，金属过分熔化，或者是没有磁性的金属根部不能熔合产生裂缝。 2 异种金属相溶性问题 两者不同的金属是否能进行焊接，取决于这两种金属在焊接的时候，它们的合金的元素之间相互作用。在两种不同金属元素不需要在液态环境下，也就是在固态条件下就可以发生互相熔解，并形成一种新的状态即固溶体，那么就可以说这两种金属元素符合冶金学概念上的“相溶性”定义。那么这两种异性金属在原则上就可以进行焊接操作。合金元素发生相溶必须满足一定的条件，首先，这两种金属的晶格类型一定要匹配，比如被要求焊接的两种异性金属都是立方晶格的样式；其次，被焊接的异性金属的原子半径一定要接近；最后还要求这两种元素在元素周期表中的位置相互临近，这表明了金属的电化学性质差异较小。如果可以同时满足上述三种条件，这两种金属就可以无限制地熔解，它们所形成的固溶体被称之为无限固溶体。如果两种金属只满足于上述条件的部分而没有完全满足，就只能发生受到条件限制的熔解，这种性质的固溶体就被定义为有限固溶体。当“有限固溶体”的溶质金属超过了溶解度，已经饱和的时候，有可能会有以下反应：（1）从这种固溶体中析出其他不同的固溶体，焊接时形成这两种固溶体的混合物产物。（2）在这两种固溶体金属中产生了金属间的化合物。通常来说金属间化合物物理性质坚硬但是易脆，我们称这种物理特性为“脆性相”，产生金属化合物的异种金属是不能进行焊接工作的。如果是在固溶体的焊接缝隙中有了金属间的化合物，那么，焊接接头的可塑性以及韧性就会随之降低，对焊接产生不利影响，影响的程度取决于产生金属间化合物的类型、数量、形态和分布状况。焊接缝隙中的金属化合物含量越多，在晶界上呈现网状分布，焊接的质量就越差。我们要努力避免或者有效控制金属间化合物形成。众所周知，金属间的化合物必须经过一定的时间才能形成，而且必须在一定温度条件下才能形成。如果我们控制好焊接的时间或者在比较低的温度下进行焊接，产生金属间化合物的几率就会大大减少。 两种金属在液体状态和固体状态下都不发生熔解，也不会形成金属间化合物，那么在液体状态下就会按照比重的不同而产生分层现象，而在焊接结束后的冷却过程中形成相对独立的结晶体，如果有这样情况发生，这两种异性金属是不能进行直接焊接的。若必须对这两种异性金属进行焊接工作，就只能使用和这两种金属都有相溶性的其他物理性质金属作为焊接是中间的过渡层，通过过渡层来进行焊接工作。我们依照不同的接头组成来分类，有三种形式：（1）两种不同物理性质的金属材料组合接头，用“+”来指代。比如说钢铁和镁的焊接工作，这种情况下就可以使用纯镍焊条作为过渡层；（2）用三种或者三种以上的不同金属材料组合接头；（3）复合钢板结构的接头。比如说常见的以珠光体结构钢为过渡层、以奥氏体不透钢为覆层的过渡层接头。 3 异种金属的焊接方法问题 异种金属常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊、熔焊-钎焊几种方式。熔焊对稀释率的影响很大，有时甚至达到30%，熔化及气体保护焊接在10%50%的范围浮动，其中稀释率最大的是喷射过渡，最小的为断路过渡。而埋弧焊熔深较大，它的稀释率多在10%75%之间变动，我们可以使用带状电极使它们的稀释率降低。在异种金属的熔焊中，经常采用减少稀释的方法是堆焊过渡层法。压焊是对母材加热之塑性状态或者不加热，在一定压力下完成焊接的方式。冷压焊、超声波焊、扩散焊等方法的特点是，在焊接的时候，接头处的温度较低，不容易有金属间化合物，此种情况对异种金属焊接很有利的，压焊的最大缺点是对焊接接头有较严格的要求。钎焊是异种金属焊接常用的方法，钎料和母材之间就是钎焊，钎焊的特点是两种母材都熔化，熔化的是熔点比母材的熔点低。熔焊-钎焊，这是为解决异种金属物相溶性或者容易生成金属间化合物而使用的特殊方法，也就是针对最难焊接的异种金属使用钎焊，对容易的采用熔焊，将这两种焊接技术结合起来，一般是先采用钎焊，再采用熔焊。 4 结语 在焊接时，经常会遇到异种金属焊接的情况，由于异种金属之间的物理差异会对焊接产生不同程度的影响，我们就必须注意异种金属焊接所产生的问题，尤其是其焊接过程中相熔性的问题，对于不同的异种金属焊接要采用不同的焊接工艺才能达到良好的焊接效果。 参考文献 黄本生，黄龙鹏，李慧.异种金属焊接研究现状