异种金属焊接问题及焊接工艺探讨

异种金属焊接问题及焊接工艺探讨
摘要：科学技术的飞速发展给各行业带来了新的发展，重点表现在制造加工行业。

制造加工产业涉及的范围广泛，而且制造产品零件数量多，加工过程繁琐，加工难度较大，现如今对于制造产品的质量要求也越来越高，制造产品的质量除了与材料本身有关，还与产品的加工方式有关，比如焊接工艺就会影响零部件的整体性能。

本文主要介绍了异种金属焊接的特点，对常见的异种金属焊接问题进行了分析，结合个人的工作经验，给出了焊接工艺措施建议，仅供相关人士参考。

关键词：异种金属；焊接问题；焊接工艺
引言
随着新材料、新工艺、新设备的不断出现，对各类工程构件的性能提出了更高的要求，但是在工程技术中任何一种材料都不可能完全满足使用性能的要求。

由不同材料组成的结构不仅能充分利用各组成材料的优异性能，达到工程中的使用上的要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，提高经济效益，在某些情况下异种材料结构的综合性能甚至超过单一金属结构。

因此异种金属焊接在各行业中得到越来越多的运用和受到人们的重视。

但近年来，国内外多次发生异种金属焊接结构的早期失效事故。

因此，如何保证异种金属焊接接头的可靠性就成为保证结构安全运行的关键。

所以，研究异种金属之间的焊接具有重要的工程实用意义。

1异种金属焊接的特点
在各种加工制造行业中，采用铝合金与钢为基本材料的金属构件已经成为了一种主流，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性强、塑性好等特点，钢则是目前机械加工行业最常见的金属材料之一，机械连接虽然能够实现高强度的连接，但是无法保证连接的气密性，而且进行机械连接会留下连接痕迹，影响美观。

因此焊接成
为了异种金属的连接中最常用的连接手段，由于铝与钢的物理性能存在较大的差异，所以给焊接过程带来了一定的难度，具体包括以下几点：
①不同材料结构中的分子或原子之前的相互作用力的强弱决定了彼此是否能
够直接形成焊接连接，即两种不同金属材料在液体状态和固体状态时都能够无限
互溶，这便于形成性能良好的焊接连接[1]。

②两种不同金属材料在液体状态时能够无限互溶，而在固体状态时能够有限
互溶，这种情况下也可以形成焊接连接。

但是，两种材料在焊接连接之后的性能
受到金属材料间的组织过渡状况的影响而有好有坏。

③两种不同金属材料能够形成金属间化合物或者是间隙化合物中间隙相的话，这种情况下也可以形成焊接连接。

但是，两种材料在焊接连接之后接头的性能很
大程度上会受到化合物脆性的影响。

④两种不同金属材料如果在液体状态和固体
状态下都完全不互溶，又或者是溶解程度极其微小，那么它们之间就不能够形成
真正的焊接连接。

⑤一般情况下，通过选择合适的焊接材料再采取正确的焊接方式和工艺措施，大多数的异种材料都是可以焊接连接的。

2异种金属焊接的常见技术问题
2.1 夹渣现象
异种金属在焊接过程中会出现夹渣问题。

具体来讲就是在焊接母材上形成一
层氧化膜，氧化膜的存在会直接增加两种金属之间的融合难度，而氧化膜本身也
会伴随温度升高逐渐变厚。

另外，在金属熔池表面还会产生一层氧化膜，伴随金
属熔池生产加热温度逐渐升高，它会影响到液态金属的融合成效，导致最终产生
大量夹渣影响异种金属焊接。

2.2 焊接接头的裂纹
在实施焊接接头焊接过程中，容易出现接头裂纹问题，其中裂纹还包括了热
裂纹与冷裂纹。

冷裂纹是在焊接应力作用条件下直接产生的，而热裂纹则产生于
高合金钢焊缝，就某些纯奥氏体组织而言是最容易产生热裂纹的[2]。

所以在针
对纯奥氏体组织金属进行焊接过程中必须分析金属中可能存在的大量未结晶低熔
点共晶体液膜，这些液膜容易在应力作用下产生裂纹影响异种金属焊接质量，必
须加以重视。

2.3 碳迁移现象
碳迁移显现问题不容忽视，它也是异种金属焊接过程中比较常见的问题之一。

碳迁移现象的出现会直接导致高温机械性能严重下降，甚至影响到机械内部的化
学组成成分，严重时导致高温状态下不同金属断裂失效，大幅度降低了金属的高
温使用可能性与使用寿命。

2.4 性能不连续
异种金属由于性质性能各不相同，所以在焊接过程中容易出现接头位置差异
问题，例如焊接接头部分的可塑性、耐高温性、硬度、韧性等等都是必须加以分
析的指标。

如果不对这些参数指标进行分析，很可能出现焊接接头不均匀的状况，导致日后异种金属生产产品出现应用偏差。

3异种金属焊接工艺对策
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，确保金属融合效
果到位。

3.1 对焊接材料的分析
考虑到异种金属焊接是将不同金属焊接连接到一起，因此在选择焊接材料过
程中必须充分考虑到不同金属的不同成分与性能，再考虑接头可能存在的缺陷问题，根据接头缺陷情况合理选择焊接材料。

如果异种金属焊接接头缺陷不明显，
则必须要采用倒韧塑性相对较高的材料。

3.2 对焊接方法的选择
要正确选择异种金属焊接方法，主要是根据金属材料的基本特性进行选择，
满足焊接性与工艺焊接性两点内容。

举个例子，在对铝合金与钢两种金属材料进
行压焊过程中，需要注意焊接过程中两种金属之间产生硬度偏高的化合物，再加
之两种金属之间的物理性质是不同的，因此容易造成压焊过程中金属发生高塑性
变形情况，最终产生硬度偏高的化合物，而异种金属复合板性能也会因此下降。

为此，可考虑采用轮压方法进行焊接，该方法可有效提高钢与铝合金二者之间的
接触力度，同时提升二者之间的热传导速率，而利用该方法也可最大限度延展金
属强度。

这里可考虑采用不同功率的激光压焊方法，如此可产生不同等级压力，
最大限度提高异种金属焊接接头强度[3]。

3.3 对工艺参数的选择
最后要合理化选择工艺参数，有效保证焊接接头质量。

工艺参数方面就包括
了焊接电流电压等级、焊接直径以及焊接速度等等，合理把握不同焊接参数，发
现不同焊接参数之间所产生的相互影响效果。

例如焊接电流在增大后就会导致异
种金属焊接输入热量的不断增大，相对应的整个金属热影响区范围也会相应大幅
度增加。

3.4 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[4]。

3.5 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。

3.6 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。

结束语
总而言之，在实际的生产加工过程中，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事先做好预防工作，尽可能减少焊接中的焊接误差，保证生产质量。

参考文献
[1]许卓麟.超声金属焊接系统的能量控制工艺研究[D].广东工业大学，2020.
[2]刘夫，李士凯，蒋鹏，张斌斌，孙志杰.钛/钢异种金属焊接技术的研究
进展[J].材料开发与应用，2020，35(02):67-74.
[3]柳长磊，曹海艇，胡娜娜.锅炉异种金属焊接的缺陷问题分析[J].中国金属通报，2020(03):266-267.
[4]闫胜鸿.铝/铜异种金属激光焊接技术研究[D].长春理工大学，2020.。