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共創激光:異種材料焊接存在的八個主要問題如下

2021-02-22 10:02:11

異種金屬是指含有不同元素的金屬(如鋁、銅等)或由相同的基本金屬(如碳鋼、不銹鋼等)形成的某些合金,其冶金性能如物理化學性能有顯著差異。它們可以用作母材、填充金屬或焊接金屬。

異種材料焊接是指在一定的工藝條件下,將兩種或兩種以上不同的材料(不同的化學成分、金相組織和性能)焊接的過程。在異種金屬的焊接中,常見的是異種鋼的焊接,其次是異種有色金屬的焊接和鋼與有色金屬的焊接。

聯合的形式,有三種基本情況,即兩個不同的賤金屬的聯合,聯合相同的賤金屬,但不同的填充金屬(如聯合與奧氏體中碳調質鋼焊接的焊接材料),和復合金屬板的聯合。

不同材料的焊接是將兩種不同的金屬焊接在一起,產生與母材具有不同性能和組織的過渡層。由于不同金屬在元素性能、物理性能和化學性能上存在顯著差異,不同金屬的焊接在焊接機理和操作工藝上要比相同材料復雜得多。

異種材料焊接存在的主要問題如下

1. 不同材料之間的熔點差異越大,越難焊接。

這是因為當低熔點的材料達到熔化狀態時,高熔點的材料仍處于固態。此時,熔化的材料容易滲透到過熱區晶界,造成低熔點材料的損失,合金元素的燃燒或蒸發,使焊接接頭難以焊接。例如,在焊接鐵和鉛時(熔點差別很大),兩種材料在固態時既不能相互溶解,在液態時也不能相互溶解。液態金屬呈層狀分布,冷卻后分別結晶。

2. 不同材料之間的線膨脹系數差越大,越難焊接。

線膨脹系數越大,熱膨脹速率越大,冷卻時收縮越大,熔池結晶時會產生較大的焊接應力。這種焊接應力不易消除,導致焊接變形較大。由于焊縫兩側材料的受力狀態不同,很容易在焊縫和熱影響區產生裂紋,甚至導致焊縫金屬和母材剝落。

3.不同材料的導熱系數和比熱容差越大,焊接難度越大。

材料的導熱系數和比熱容會使焊縫金屬的結晶條件惡化,晶粒嚴重變粗,影響難熔金屬的潤濕性。因此,焊接時應選用強熱源,熱源的位置應向導熱性好的母材一側傾斜。

4. 不同材料之間的電磁性能差異越大,焊接就越困難。

因為材料的電磁差越大,焊接電弧越不穩定,焊縫越差。

5. 不同材料之間形成的金屬間化合物越多,焊接就越困難。

由于金屬間化合物的脆性,很容易在焊縫中產生裂紋甚至斷裂。

6. 在異種材料焊接過程中,由于焊接區金相組織的變化或新形成的組織,導致焊接接頭性能惡化,給焊接帶來很大的困難。

接頭的熔合區和熱影響區力學性能較差,特別是塑性韌性明顯下降。由于接頭韌性的降低和焊接應力的存在,異種材料焊接接頭容易產生裂紋,特別是在焊接熱影響區。

7. 不同材料的氧化性越強,越難焊接。

如果采用熔焊法焊接銅鋁,很容易在熔池中形成銅鋁氧化物。冷卻結晶過程中,晶界中氧化物的存在降低了晶間結合力。

8. 不同材料焊接時,焊縫和兩種母材很難滿足強度相等的要求。

這是因為低熔點的金屬元素在焊接過程中容易燃燒和蒸發,使焊縫的化學成分發生變化,降低了機械性能,特別是焊接不同的有色金屬。

共創激光:異種材料焊接存在的八個主要問題如下

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