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异种材料焊接存在的主要问题有哪些?共创激光为您盘点

2021-02-01 11:15:48

异种金属是指含有不同元素的金属(如铝、铜等)或由相同的基本金属(如碳钢、不锈钢等)形成的某些合金,其冶金性能如物理化学性能有显著差异。它们可以用作母材、填充金属或焊接金属。

异种材料焊接是指在一定的工艺条件下,将两种或两种以上不同的材料(不同的化学成分、金相组织和性能)焊接的过程。在异种金属的焊接中,常见的是异种钢的焊接,其次是异种有色金属的焊接和钢与有色金属的焊接。

联合的形式,有三种基本情况,即两个不同的贱金属的联合,联合相同的贱金属,但不同的填充金属(如联合与奥氏体中碳调质钢焊接的焊接材料),和复合金属板的联合。

不同材料的焊接是将两种不同的金属焊接在一起,产生与母材具有不同性能和组织的过渡层。由于不同金属在元素性能、物理性能和化学性能上存在显著差异,不同金属的焊接在焊接机理和操作工艺上要比相同材料复杂得多。

异种材料焊接存在的主要问题如下

1. 不同材料之间的熔点差异越大,越难焊接。

这是因为当低熔点的材料达到熔化状态时,高熔点的材料仍处于固态。此时,熔化的材料容易渗透到过热区晶界,造成低熔点材料的损失,合金元素的燃烧或蒸发,使焊接接头难以焊接。例如,在焊接铁和铅时(熔点差别很大),两种材料在固态时既不能相互溶解,在液态时也不能相互溶解。液态金属呈层状分布,冷却后分别结晶。

2. 不同材料之间的线膨胀系数差越大,越难焊接。

线膨胀系数越大,热膨胀速率越大,冷却时收缩越大,熔池结晶时会产生较大的焊接应力。这种焊接应力不易消除,导致焊接变形较大。由于焊缝两侧材料的受力状态不同,很容易在焊缝和热影响区产生裂纹,甚至导致焊缝金属和母材剥落。

3.不同材料的导热系数和比热容差越大,焊接难度越大。

材料的导热系数和比热容会使焊缝金属的结晶条件恶化,晶粒严重变粗,影响难熔金属的润湿性。因此,焊接时应选用强热源,热源的位置应向导热性好的母材一侧倾斜。

4. 不同材料之间的电磁性能差异越大,焊接就越困难。

因为材料的电磁差越大,焊接电弧越不稳定,焊缝越差。

5. 不同材料之间形成的金属间化合物越多,焊接就越困难。

由于金属间化合物的脆性,很容易在焊缝中产生裂纹甚至断裂。

6. 在异种材料焊接过程中,由于焊接区金相组织的变化或新形成的组织,导致焊接接头性能恶化,给焊接带来很大的困难。

接头的熔合区和热影响区力学性能较差,特别是塑性韧性明显下降。由于接头韧性的降低和焊接应力的存在,异种材料焊接接头容易产生裂纹,特别是在焊接热影响区。

7. 不同材料的氧化性越强,越难焊接。

如果采用熔焊法焊接铜铝,很容易在熔池中形成铜铝氧化物。冷却结晶过程中,晶界中氧化物的存在降低了晶间结合力。

8. 不同材料焊接时,焊缝和两种母材很难满足强度相等的要求。

这是因为低熔点的金属元素在焊接时容易燃烧和蒸发,从而改变焊缝的化学成分,降低机械性能,特别是焊接不同的有色金属时。

异种材料焊接存在的主要问题有哪些?共创激光为您盘点

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