關(guān)于異種金屬焊接問題分析及焊接工藝探討

邵 慧

（錦西工業(yè)學(xué)校，遼寧 葫蘆島 125000）

目前，我國金屬焊接、加工工作并不是一帆風(fēng)順的，其中蘊(yùn)含著大量的問題需要解決，一部分焊接事故甚至造成了工作人員的生命、財(cái)產(chǎn)損失，需要工程師、技術(shù)人員、科學(xué)家對(duì)金屬焊接工作進(jìn)行全方位研究，得出更加安全、高效的焊接方式，保證產(chǎn)品既能夠滿足工程建設(shè)的需求，還能夠確保生產(chǎn)加工工作中的安全性和穩(wěn)定性，給予企業(yè)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在開展金屬焊接工作中，技術(shù)人員需要不斷提升自身的工作能力、設(shè)備操作技術(shù)、安全意識(shí)等，力求能夠提升異種金屬的焊接質(zhì)量。

1 異種金屬焊接的基本特征

異種金屬焊接在我國已經(jīng)具備相當(dāng)長的發(fā)展歷史，且焊接之后的金屬已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中最為常見的一種便是鋼與鋁合金，鋼是當(dāng)下工程建設(shè)、加制造行業(yè)中廣泛使用的金屬材料之一，而鋁合金的單位重量較低，具有極強(qiáng)的可塑性，耐腐蝕效果理想。鋁合金與鋼連接的方式有二：

（1）粘貼方式，依賴于粘貼連接的兩種金屬，雙方的粘貼強(qiáng)度有限，難以滿足高強(qiáng)度的焊接需求，粘貼方式連接的使用情況在生產(chǎn)加工中并不常見。

（2）機(jī)械連接，這種連接方式能夠有效提升金屬連接的穩(wěn)定性、強(qiáng)度，但是兩種金屬連接的氣密性并不能把握。并且以上兩種連接方式大都會(huì)留下或多或少的痕跡，影響后續(xù)使用的便捷性與美觀性。

根據(jù)上文的研究能夠看出，焊接是當(dāng)下較為常見的連接手段之一，并且結(jié)合鋼和鋁合金的物理性能，明確二者的差異，可見焊接過程中具有較大難度，二者的焊接特征如下。

1.1 焊接熔點(diǎn)特征。

異種金屬指的是不同材質(zhì)的金屬，他們的熔點(diǎn)也存在一定差異。鋁合金材料的熔點(diǎn)較低，而鋼的熔點(diǎn)較高，在焊接的過程中能夠發(fā)現(xiàn)，鋁合金已經(jīng)完全融合的情況下，鋼還未出現(xiàn)明顯變化。兩種物質(zhì)的熔點(diǎn)差異勢必會(huì)影響焊接的整體進(jìn)程，出現(xiàn)材料融化效果不同、焊接質(zhì)量問題。

1.2 焊接密度特征

結(jié)合上文中案例，金屬的密度不同，受到不同溫度的影響變化成為液體之后仍舊會(huì)產(chǎn)生較大的變化。鋼的密度大于鋁合金，在鋁合金受熱變化成為液體之后，鋼水的密度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁水。如果二者同時(shí)融化，則會(huì)穿鋁水在鋼水上方漂浮的現(xiàn)象。由于兩種金屬的密度不同，在焊接過程中極易出現(xiàn)金屬之間融合不均衡的現(xiàn)象，導(dǎo)致金屬接頭位置的焊接效果不理想。

1.3 熱導(dǎo)率特征

鋁合金與鋼之間的導(dǎo)熱效果不同，受到溫度影響之后出現(xiàn)的膨脹效果也有所差異。這種情況會(huì)直接導(dǎo)致二者焊接之后出現(xiàn)焊接接頭位置變形現(xiàn)象，一旦變形的程度較深，則會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫，輕則影響焊接加工的整體效果，重則直接威脅原材料的生產(chǎn)加工質(zhì)量。

2 異種金屬焊接的常見技術(shù)問題

首先，異種金屬焊接的過程中極易出現(xiàn)雜質(zhì)，也就是說，在兩種金屬焊接的過程中，其中一個(gè)焊接母材上會(huì)出現(xiàn)一層薄薄的氧化膜。氧化膜出現(xiàn)在兩種金屬之間形成了“有形的屏障”影響二者融合的速度。氧化膜隨著焊接時(shí)間的延長而變厚，更加制約了兩種金屬融合的進(jìn)程。與此同時(shí)，金屬熔池表面也會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)，隨著金屬熔池整體溫度的升高而逐漸增多，這種現(xiàn)象會(huì)影響金屬液體的融合速度，最終在凝固之后的金屬中成為雜質(zhì)，影響金屬焊接的整體質(zhì)量。

其次，在焊接接頭位置，極易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。裂縫生成的主要原因有熱裂紋、冷裂紋兩種。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因便是焊接過程中的應(yīng)力作用，熱裂紋產(chǎn)生的主要原因便是焊接金屬自身材質(zhì)問題，一部分純澳氏體組織產(chǎn)生裂紋的比重較高，在針對(duì)這類金屬焊接的過程中需要分析金屬中的各項(xiàng)化學(xué)物質(zhì)含量，判斷其中是否存在較多計(jì)量的未結(jié)晶低熔點(diǎn)共晶體液膜。

然后，在金屬焊接的過程中需要重視碳遷移，這種現(xiàn)象也是金屬焊接工作中常見的慶魁昂之一。碳遷移現(xiàn)象出現(xiàn)之后直接制約高溫機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，甚至影響機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的化學(xué)構(gòu)成水平，更為嚴(yán)重的 則是不同溫度環(huán)境下焊接的金屬會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，失去原本的性能和作用，縮短了異種金屬焊接的使用時(shí)間。

最后，由于不同金屬產(chǎn)品的性能、參數(shù)、化學(xué)物質(zhì)含量存在差異，在焊接過程中接頭位置也會(huì)出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。在正式開始焊接之前需要詳細(xì)分析金屬的可塑性、耐高溫性、剛度等等，都需要技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算。一旦這環(huán)節(jié)中缺少必要的計(jì)算和指標(biāo)分析，極易出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題、焊接接頭處不平穩(wěn)的現(xiàn)象，影響金屬制品的整體質(zhì)量與美觀程度。

3 鋁和鋼焊接的相關(guān)方法與問題

3.1 鋁和鋼的壓焊

鋁鋼復(fù)合板的制作一般采用的是滾焊和爆炸復(fù)合的制作方式。通過一部分學(xué)者的研究能夠看出，純鋁和純鋼焊接之后能夠形成金屬密度較高的化合物，化合物的材料十分堅(jiān)硬。為了有效提升鋁合金與鋼板之間的接觸面積。技術(shù)人員可選擇的方式便是輪壓法，能夠加速金屬之間的熱量傳遞。在鋁合金、鋼的焊接過程中，F(xiàn)eAI 是金屬問脆性物質(zhì)層的主要成分。如果金屬問化合物層的厚度小于101ma 時(shí)，那么被處理的樣品就會(huì)斷裂。鋁合金、鋼的焊接還能夠加大二者焊接過程中的熱傳導(dǎo)速度，利用輪壓式的焊接方式也能夠提升金屬延展度。利用激光壓力焊接鍍鋅鋼和純鋁，根據(jù)壓力的不同會(huì)出現(xiàn)不同的情況，當(dāng)壓輪的壓力大于1.96kN，激光功率≤1400W 的時(shí)候，接頭的強(qiáng)度就會(huì)變高。在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時(shí)，需要明確在高溫作用下兩種材料是否會(huì)產(chǎn)生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點(diǎn)不同，在焊接過程中也極易出現(xiàn)高溫變形的情況，而后產(chǎn)生強(qiáng)度較大的化合物。

3.2 鋁和鋼的攪拌摩擦焊

使用攪拌摩擦的方式焊接兩種金屬的方式也被眾多專家學(xué)者引用。并且通過學(xué)者的實(shí)驗(yàn)說明能夠看護(hù)，焊縫溫度在進(jìn)入轉(zhuǎn)數(shù)較低的環(huán)境中國，極易誘發(fā)設(shè)備的焊接接頭故障。而將焊縫溫度放置在較高轉(zhuǎn)數(shù)的環(huán)境中，鎂就會(huì)在高溫的刺激下出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，焊接結(jié)束之后也難以獲得良好的信箱。在實(shí)驗(yàn)過程中，常常采用摩擦攪拌焊的方法，這是一種固相焊接的主要方法，在異種金屬焊接中非常常見。攪拌摩擦焊接的方式能夠有效節(jié)約設(shè)備使用過程中的能源消耗，即便是焊接時(shí)間較短。焊接溫度較低的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備性能變化、金屬的參數(shù)變化等。這一攪拌方式可在我國臨床診療中加以利用，但是其存在的問題能夠在后續(xù)工作中進(jìn)行調(diào)整，并且結(jié)合現(xiàn)階段的使用情況、消費(fèi)者需求等研究和創(chuàng)新出全新的發(fā)展模式。

3.3 釬焊

一部分專家和學(xué)者研究了鋁合金與鋼的焊接方式，將鎳作為釬料，銅作為過渡層，借助焊縫的組織與力學(xué)特性的相關(guān)理論因素，研究焊接的不同方式，力求能夠降低焊接工作中的異?，F(xiàn)象。在以上問題研究過程中，逐一分解焊縫的工藝內(nèi)容、運(yùn)行方式能夠看出焊縫母材中并未出現(xiàn)氧化反應(yīng)、金屬化合物等。在一定程度上能夠判定，利用釬料能夠有效降低鋁鐵中蘊(yùn)含的原子?？梢?，因?yàn)樵诤缚p與銅界面上生成了少量的AICu，但是這一現(xiàn)象并未降低焊縫的抗剪力墻能力。

與此同時(shí)，電弧焊也是當(dāng)下較為流行的方式之一，這一加熱模式則是利用電源作為原動(dòng)力，加熱鋁與鋼以及鋁基焊絲填充接頭。此時(shí)，被加熱的物質(zhì)處于融化狀態(tài)，也就是熔焊結(jié)合。這種焊接形式的優(yōu)勢作用十分明顯，能夠最大限度節(jié)約焊接過程中消耗的資源，且這一方式的使用較為靈活便捷，整體效率十分可觀。這種焊接方式中焊接頭高溫狀態(tài)下停留在金屬中的時(shí)間較短，在焊接之后也不會(huì)出現(xiàn)接頭較大晶體的現(xiàn)象。利用這種模式焊接具備良好的美觀性以及焊接工作自動(dòng)化特點(diǎn)。

4 異種金屬焊接工藝對(duì)策

在異種金屬正式實(shí)施焊接加工之前，需要明確兩種金屬之間的差異性，主要是物理特定中的密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱能力等。在異種金屬焊接前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，針對(duì)兩種金屬的特點(diǎn)選擇適宜的焊接方式，保證金屬焊接質(zhì)量無誤。

4.1 分析焊接材料

異種金屬焊接，顧名思義就是將兩種材質(zhì)不同的金屬焊接在一起，在焊接之前需充分考慮金屬的物理特點(diǎn)、化學(xué)特點(diǎn)等，分析兩種金屬的性能，而后考慮兩種不同金屬焊接之后可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，根據(jù)分析結(jié)果選擇適宜的焊接材料和工具。例如，當(dāng)異種金屬焊接之后接頭處并不明顯，可以選擇倒韌塑性相對(duì)較高的材料。

4.2 選擇科學(xué)的焊接方式

在異種金屬焊接之前，需要選擇有效的焊接方式，根據(jù)金屬的基本特征判定焊接方式，其標(biāo)準(zhǔn)為能夠滿足焊接性、工藝焊接性兩個(gè)方面的內(nèi)容。

例如，在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時(shí)，需要明確在高溫作用下兩種材料是否會(huì)產(chǎn)生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點(diǎn)不同，在焊接過程中也極易出現(xiàn)高溫變形的情況，而后產(chǎn)生強(qiáng)度較大的化合物。這樣一來，異種金屬焊接后得到的物質(zhì)復(fù)合型也會(huì)下降。針對(duì)這種情況，可以選擇輪壓式的焊接方法，既能夠提升二者之間的接觸力度，還能夠加大二者焊接過程中的熱傳導(dǎo)速度，利用輪壓式的焊接方式也能夠提升金屬延展度。在此基礎(chǔ)上還可以根據(jù)焊接材質(zhì)的差異，選擇激光焊壓的方法，通過調(diào)節(jié)其功率便能夠滿足不同金屬的焊接需求。

4.3 甄別焊接工藝

焊接工作準(zhǔn)備的最后一步，便是選擇適宜的焊接工藝，能夠保證金屬焊接位置的質(zhì)量。異種金屬焊接中需要合理選擇焊接的工藝參數(shù)，保證焊接接頭的工藝質(zhì)量。其中工藝參數(shù)中包含著焊接使用的電壓與電流、焊接兩種金屬的直徑面積、焊接需要花費(fèi)的時(shí)間等，有效選擇和調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)不同焊接參數(shù)影響下的焊接效果也有所差異。例如，加大焊接電流能夠?qū)е聝煞N金屬內(nèi)部的熱量水平逐漸提升，并且隨著熱量加大，對(duì)焊接的整體效果也存在影響。

4.4 焊接養(yǎng)護(hù)工作

金屬焊接之前需要做好設(shè)備、金屬自身的預(yù)熱工作，避免焊接過程中短時(shí)間內(nèi)金屬的溫度大幅度變化，出現(xiàn)淬火裂紋，影響金屬焊接的整體質(zhì)量。在預(yù)熱階段，需要對(duì)金屬的導(dǎo)熱性能進(jìn)行全方位的研究，并且計(jì)算金屬的具體參數(shù)，以及焊接之后的合金需求等。

在金屬焊接之后，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)金屬的溫度，為了提升兩種金屬接頭區(qū)域的焊接效果，降低焊接之后對(duì)金屬產(chǎn)生的應(yīng)力，避免金屬出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。在焊接之后需要在金屬存儲(chǔ)的區(qū)域中適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度，避免溫度驟然上升和下降，造成金屬焊接節(jié)點(diǎn)處裂縫現(xiàn)象，保證整體焊接效果優(yōu)良。

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平逐漸提升，在生產(chǎn)加工工作中研發(fā)并且使用了大量新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，這對(duì)我國的生產(chǎn)加工行業(yè)具有極強(qiáng)的推動(dòng)和引導(dǎo)作用，但是對(duì)工程原材料、構(gòu)建的質(zhì)量也提出了更高的要求。在工程建設(shè)中不論使用何種材料，都不能夠一勞永逸的滿足不同建設(shè)的需求。為了保障生產(chǎn)加工、工程建設(shè)的需求，技術(shù)人員將不同的材料進(jìn)行二次加工，將不同材料的性能最大化發(fā)揮出來，一部分材料經(jīng)過加工還能夠代替一部分重金屬，降低了工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)中成本投入，有效提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。