異種金屬的焊接

1、異種金屬的焊接本文對(duì)異種金屬（鋁鋼、銅鋼、鈦鋼、）的焊接研究現(xiàn)狀、異種金屬的焊接應(yīng)用、異種金屬的焊接發(fā)展等方面進(jìn)行了分析，希望對(duì)異種金屬的焊接研究有所裨益焊接在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，已成為一種重要的金屬加工工藝方法，廣泛地應(yīng)用于造船、航空、航天、汽車工業(yè)及機(jī)械制造等許多現(xiàn)代工業(yè)部門,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，異種金屬的焊接技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，并且質(zhì)量要求也越來(lái)越高。為適應(yīng)焊接技術(shù)發(fā)展的需要，研究異種金屬的焊接工藝技術(shù)已成為焊接領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢(shì)。1異種金屬的焊接研究現(xiàn)狀鋁鋼異種金屬焊接研究現(xiàn)狀近年來(lái)，環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受到重視，汽車工業(yè)為了節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境、不斷努力減輕汽車重量，因此對(duì)汽車用材料提出了更高的

2、要求。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一,所以在汽車工業(yè)生產(chǎn)中，采用“鋼+鋁”雙金屬焊接結(jié)構(gòu)成為汽車輕量化的首選方案，這必然涉及到鋁和鋼兩種材料之間的連接。目前，應(yīng)用于鋁和鋼連接的焊接方法主要有：壓焊（滾焊與爆炸焊、摩擦焊、攪拌摩擦焊）、釬焊、熔焊、擴(kuò)散焊、電弧焊、激光焊和磁脈沖焊等。鋁鋼之間的焊接，一直是焊接領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題，其中脆性金屬間化合物的生成是影響接頭性能的主要因素。壓力焊和釬焊由于基體可以在焊接過(guò)程中保持固態(tài)，同時(shí)焊接熱輸入容易控制，因此接頭的性能一般不受限于金屬間化合物的厚度，比較適于鋁鋼之間的焊接，但是這種焊接方法效率較低，對(duì)工件的尺寸和形狀有特殊的要求，不適于大批量生

3、產(chǎn)。而熔焊方法比較靈活，效率較高，但是金屬間化合物又成為不可避免的附加產(chǎn)物。雖然采用熔釬結(jié)合的方法已經(jīng)獲得了很好的效果，但是對(duì)于金屬間化合物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)以及如何促進(jìn)鋁合金熔體潤(rùn)濕鋼板表面等方面還沒(méi)有系統(tǒng)研究，因此，解決上述問(wèn)題對(duì)于促進(jìn)高效的焊接方法在鋁鋼焊接中的應(yīng)用具有重要的意義。銅鋼異種金屬焊接研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新材料、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對(duì)零部件的性能提出了更高的要求。采用鋼和銅復(fù)合零部件,因在性能與經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。世界各國(guó)的研究者對(duì)銅和鋼的焊接進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論分析，目前常用的焊接方法有熔焊、壓焊、釬焊和熔焊-釬焊4等。每種方法都具有各

4、自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。其中冷金屬過(guò)渡焊接是一種比較新的焊接方法，應(yīng)用前景廣闊。在銅-鋼焊接接頭結(jié)合機(jī)理方面的研究,多集中于對(duì)青銅和鋼焊接后的接頭組織方面，對(duì)于紫銅與鋼的焊接還需要進(jìn)行進(jìn)一步探討。鈦鋼異種金屬焊接研究現(xiàn)狀用熔焊焊接鋼與鈦及鈦合金，焊縫產(chǎn)生及脆性化合物焊后容用熔焊焊接鋼與鈦及鈦合金，焊縫產(chǎn)生及脆性化合物焊后容易產(chǎn)生裂紋，因此一般不采用熔焊方法（指焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊及氣體保護(hù)焊）。在焊接生產(chǎn)中,多采用真空擴(kuò)散焊、真空電子束焊、釬焊及氬弧焊等方法可獲得優(yōu)良的鋼與鈦及鈦合金的焊接接頭6。鈦合金與高強(qiáng)鋼是廣泛地用于航空航天、空間技術(shù)、核能、船舶等武器裝備領(lǐng)域的重要材料，鈦合金與不銹鋼的連

5、接可以采用真空釬焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊等方法，能夠獲得性能良好的接頭。航空某部件中存在鈦合金與鋼之間的連接，采用擴(kuò)散焊和釬焊的方法獲得優(yōu)質(zhì)的接頭。航天器推進(jìn)系統(tǒng)中的異種金屬導(dǎo)管結(jié)構(gòu)大量采用了鈦合金與不銹鋼，它們之間至今還采用機(jī)械連接加密封膠脂的組合方法進(jìn)行連接，密封程度低、接頭性能差，并且密封物質(zhì)一旦侵入導(dǎo)管結(jié)構(gòu)內(nèi)部，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。采用高頻感應(yīng)釬焊的方法，能夠獲得高密封性能、高力學(xué)性能的釬焊接頭，杜絕了雜質(zhì)侵入導(dǎo)管結(jié)構(gòu)中的可能性，并且能夠大大提高一次連接的成功性和生產(chǎn)效率7。異種金屬的焊接研究現(xiàn)狀膜（目前鎂合金的研究和開發(fā)應(yīng)圍繞提高材料的強(qiáng)度、塑性、韌性、抗腐蝕以及抗疲勞等綜合性能來(lái)開展，新

6、型合金的開發(fā)可通過(guò)采用新的合金元素、新的抗腐蝕處理工藝等途徑實(shí)現(xiàn)。除了鎂合金的設(shè)備開發(fā)、合金系研發(fā)、熔煉外，鎂合金研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是鎂合金與其他金屬的焊接問(wèn)題。和的表面容易形成氧化膜（）O采用一般的焊接工藝難以得到良好的焊接接頭，并在焊縫中極易形成大量的系脆性金屬間化合物。因此，采用先進(jìn)的連接方法對(duì)極易形成大量的系脆性金屬間化合物。因此，采用先進(jìn)的連接方法對(duì)異種金屬進(jìn)行焊接是目前非鐵金屬材料焊接領(lǐng)域的前沿課題。異種金屬的焊接研究目前主要集中在焊接方法選擇、焊接參數(shù)、填充材料以及焊接接頭組織性能等幾個(gè)方面。目前采用的焊接方法主要是熔焊和固相焊，例如，鎢極氬弧焊、電子束焊、攪拌摩擦焊、電阻點(diǎn)焊以

7、及擴(kuò)散焊等。g均屬于輕質(zhì)非鐵金屬材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子等高新領(lǐng)域，和的焊接問(wèn)題則是其作為實(shí)用工程材料必然涉及的一個(gè)問(wèn)題。目前的研究中接頭結(jié)合區(qū)易形成高硬度的系脆性相，會(huì)嚴(yán)重降低接頭組織的塑性，因此母材及焊接方法的選用將成為今后和焊接的重點(diǎn)。進(jìn)一步開展和的焊接工藝和基礎(chǔ)理論研究，對(duì)推動(dòng)異種金屬焊接接頭應(yīng)用有重要的意義8。異種金屬的焊接研究現(xiàn)狀鋁合金和鈦合金可采用熔釬焊、真空釬焊、高頻感應(yīng)釬焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊和超塑成型/擴(kuò)散連接等方法來(lái)連接，鋁合金與鈦合金都是易氧化的金屬、相互溶解度非常小、高溫吸氣性很大、易形成脆性化合物等問(wèn)題，因此連接時(shí)還是存在一定的困難。熔釬焊的方法與鋁合金和鋼

8、之間的連接相似，受接頭型式的限制。摩擦焊鋁合金與鈦合金需要添加純鋁作為中間層，能獲得塑形相當(dāng)好的焊接接頭。擴(kuò)散焊方法的應(yīng)用需要鋁合金與鈦合金之間形成楔形的溝槽，通過(guò)鋁合金的變形與擴(kuò)散而形成接頭。與鋁合金和不銹鋼之間的釬焊相同，采用真空釬焊方法由于焊接時(shí)間較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生金屬間化合物，而影響接頭性能，最好能夠在鈦合金表面鍍?nèi)缓蠛附幽軌颢@得良好的接頭性能。采用高頻感應(yīng)釬焊方法，加熱時(shí)間非常短，金屬間化合物還來(lái)不及產(chǎn)生，因而獲得了力學(xué)性能和密封性能都非常好的接頭。異種金屬的焊接研究現(xiàn)狀工業(yè)純銅的熔點(diǎn)為8,密度為，是一種逆磁性物質(zhì)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性非常好，極易氧化。純鋁的熔點(diǎn)為,密度為,導(dǎo)熱導(dǎo)電性僅次于銅、

9、銀。銅和鋁都容易氧化,但抗腐蝕性能好。銅與鋁可以采用釬焊、熔焊和壓焊的方法進(jìn)行焊接，生產(chǎn)中常用的方法有：釬焊、摩擦焊、冷壓焊。冷壓焊是一種很有發(fā)展前途的焊接方法，尤其是焊接塑性變形量較大的異種金屬更為合適。鋁合金與其它材料的連接還有鋁銅雙金屬片、鋁銅導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、鋁銅散熱器、鋁銅熱管結(jié)構(gòu)等。異種金屬的焊接應(yīng)用隨著鎂合金在汽車、電子、航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的逐漸推廣應(yīng)用,鎂合金與其他金屬的連接問(wèn)題將是今后鎂合金焊接的前沿課題9。例如在汽車制造方面，將會(huì)遇到鎂合金與鋼、鎂合金與鋁合金的熔焊問(wèn)題；在自行車制造中，還需要解決鎂合金和鋁合金管接頭的釬焊問(wèn)題等。由于鎂合金密度低、熔點(diǎn)低、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率大,并且

10、熱膨脹系數(shù)大、易氧化，且氧化物的熔點(diǎn)很高，使鎂合金和鋁合金異種金屬的焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的困難，因此，解決異種金屬的焊接難題已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著各種金屬材料在航空航天、民用領(lǐng)域的拓展，鋼鐵材料已經(jīng)逐步被非鐵金屬所取代,而其中非鐵金屬與鋼鐵以及異種非鐵金屬的焊接將成為今后金屬材料焊接領(lǐng)域的前沿。并且隨著新的異種金屬連接方法的不斷出現(xiàn)和改進(jìn)以及金屬的加工技術(shù)的提高，異種金屬接頭在工業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)達(dá)到，因此采用不同的焊接工藝對(duì)異種金屬進(jìn)行焊接，以及深入地研究異種非鐵金屬焊接工藝以及接頭的組織結(jié)構(gòu)性能的研究，將會(huì)對(duì)異種金屬接頭的推廣使用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。爆

11、炸焊的異種金屬用來(lái)制作連接異種金屬過(guò)渡接頭。過(guò)渡接頭通常用于兩個(gè)方面：用于電力、電子和電化學(xué)工業(yè)中。如銅-鋁、銅-鈦、銅-鋼、銅-不銹鋼、鋁-鋼、鋁-鈦-鋼、鋁-鈦-不銹鋼和銀-銅等的過(guò)渡接頭，以連接相應(yīng)的異種導(dǎo)電材料。例如，連接輸電線路的銅-鋁接頭，電解鋁工業(yè)中的鋁-鋼接頭，電解銅、鎳和鋅工業(yè)中的銅-鈦過(guò)渡接頭等。2.用2于工程結(jié)構(gòu)中。例如鋯合金-不銹鋼、因科鎳和鉬-不銹鋼的管接頭的兩端，在與相應(yīng)的管材連接之后用于工程中。鈦-不銹鋼管接頭在阿波羅宇宙飛船上，一頭連接鈦制作的登月倉(cāng)和燃料箱，另一頭連接不銹鋼制作的燃料管道。電冰箱用的銅-鋁過(guò)渡管接頭。造船工業(yè)中連接鋁質(zhì)上層建筑和船體鋼質(zhì)甲板的鋁

12、-鋼板接頭。連接低溫真空設(shè)備的鋁-鋼管接頭。另外，用同種或異種材料的管接頭現(xiàn)場(chǎng)爆炸焊，連接了長(zhǎng)的通訊電纜、數(shù)千千米長(zhǎng)的石油管道（接頭達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)）和的天然氣管道等。大量異種金屬材料的爆炸焊有許多卓有成效的應(yīng)用。因此，爆炸焊作為一種焊接新工藝和新技術(shù)，在焊接異種金屬材料方面有得天獨(dú)厚和無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。爆炸焊是異種金屬焊接的最佳工藝和焊接技術(shù)的一大發(fā)展，而具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在我國(guó)這種焊接技術(shù)應(yīng)引起更多的重視和獲得更大的發(fā)展10。3異種金屬的焊接發(fā)展隨著異種材料連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景不斷擴(kuò)大，其連接技術(shù)也會(huì)越來(lái)越受到重視。連接方法的選擇要根據(jù)不同的異種材料組合、不同的結(jié)構(gòu)形狀以及不同的應(yīng)用環(huán)境來(lái)確

13、定。釬焊技術(shù)是目前異種材料連接的最重要的方法，其他方法都存在各自的局限性。熔釬焊、電子束釬焊、激光釬焊、活性軟釬焊和攪拌摩擦焊等都是近年發(fā)展起來(lái)的新方法，在異種材料的連接方面還處于研究階段。在新技術(shù)不斷發(fā)展的今天，適用于異種材料組合的連接技術(shù)越來(lái)越多，新技術(shù)的不斷發(fā)展為異種材料的連接提供著新的技術(shù)保障影響異種金屬焊接的主要因素：3.1異種金屬的熔點(diǎn)相差愈大，愈難進(jìn)行焊接；.異2種金屬的線膨脹系數(shù)相差愈大,愈難進(jìn)行焊接；3.3異種金屬的導(dǎo)熱率和比熱相差愈大，愈難進(jìn)行焊接；3.異4種金屬的電磁性相差愈大，愈難進(jìn)行焊接；3.5異種金屬的氧化性愈強(qiáng)，愈難進(jìn)行焊接；3.6異種金屬之間形成金屬間化合物愈多，愈難進(jìn)行焊接；.異7種金屬焊接時(shí)，焊縫和母材不易達(dá)到等強(qiáng)。綜上所述，焊接異種金屬及其合金時(shí)，只有合理選用焊接方法和填充材料，并合理地制定焊接工藝和采取特殊的措施，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭1。2結(jié)束語(yǔ)異