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課堂|異種材料焊接存在的八大問題



異種金屬是指不同元素的金屬(如鋁、銅等)或從冶金性質,如物理性能、化學性能等有顯著差異的某些以相同基本金屬形成的合金(如碳鋼、不銹鋼等)。它們可以用作母材、填充金屬或焊縫金屬。


異種材料的焊接,是指兩種或兩種以上的不同材料(指化學成分、金相組織及性能等不同)在一定工藝條件下進行焊接加工的過程。在異種金屬的焊接中,最常見的是異種鋼焊接,其次是異種有色金屬焊接和鋼與有色金屬的焊接。



從接頭形式看來也有三種基本情況,即兩種不同金屬母材的接頭,母材金屬相同而填充金屬不同的接頭(如用奧氏體焊接材料焊接中碳調質鋼的接頭等),以及復合金屬板的焊接接頭等。


異種材料的焊接是把不同的兩種金屬焊接在一起時,必定會產生一層性能和組織與母材不同的過渡層。由于異種金屬在元素性質、物理性能、化學性能等方而有顯著差異,與同種材料的焊接相比,異種材料的焊接無論從焊接機理和操作技術上都比同種材料要復雜得多。



異種材料焊接中存在的主要問題如下:


1、異種材料的熔點相差越大,越難進行焊接。


這是因為熔點低的材料達到熔化狀態時,熔點高的材料仍呈固體狀態,這時已經熔化的材料容易滲入過熱區的晶界,會造成低熔點材料的流失、合金元素燒損或蒸發,使焊接接頭難以焊合。例如焊接鐵與鉛時(熔點相差很大),不僅兩種材料在固態時不能相互溶解,而且在液態時彼此之間也不能相互溶解,液態金屬呈層狀分布,冷卻后各自單獨進行結晶。


2、異種材料的線膨脹系數相差越大,越難進行焊接。


線膨脹系數越大的材料,熱膨脹率越大,冷卻時收縮也越大,熔池結晶時會產生很大的焊接應力。這種焊接應力不易消除,結果會產生很大的焊接變形。由于焊縫兩側材料承受的應力狀態不同,容易導致焊縫及熱影響區產生裂紋,甚至導致焊縫金屬與母材的剝離。


3、異種材料的熱導率和比熱容相差越大,越難進行焊接。


材料的熱導率和比熱容會使焊縫金屬的結晶條件變壞,晶粒嚴重粗化,并影響難熔金屬的潤濕性能。因此,應選用強力熱源進行焊接,焊接時熱源的位置要偏向導熱性能好的母材一側。


4、異種材料的電磁性相差越大,越難進行焊接。


因為材料的電磁性相差越大,焊接電弧越不穩定,焊縫越差。


5、異種材料之間形成的金屬間化合物越多,越難進行焊接。


由于金屬間化合物具有較大的脆性,容易導致焊縫產生裂紋、甚至斷裂。


6、異種材料焊接過程中,由于焊接區金相組織的變化或新生成的組織,使焊接接頭的性能惡化,給焊接帶來很大的困難。


接頭熔合區和熱影響區的力學性能較差,特別是塑韌性的明顯下降。由于接頭塑韌性的下降以及焊接應力的存在,異種材料焊接接頭容易產生裂紋,尤其是焊接熱影響區更容易產生裂紋,甚至發生斷裂。


7、異種材料的氧化性越強,越難進行焊接。


如用熔焊方法焊接銅和鋁時,熔池中極易形成銅和鋁的氧化物。冷卻結晶時,存在于晶粒邊界的氧化物能使晶間結合力降低。


8、異種材料焊接時,焊縫和兩種母材金屬難以達到等強的要求。


這是由于焊接時熔點低的金屬元素容易燒損和蒸發,從而使焊縫的化學成分發生變化,力學性能降低,尤其是焊接異種有色金屬。


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