異種金屬是指不同元素的金屬如銅和鋁等,從冶金性質(zhì)、物理性能、化學(xué)性能等有著明顯差異,異種金屬材料的焊接,是指兩種或兩種以上的不同金屬材料,在一定工藝條件下進行焊接加工的工藝,例如一般的異種金屬材料焊接:銅和鋼焊接,鈦合金與銅焊接,鎢鋼與銅焊接,硬質(zhì)合金材料焊接例如:鎢鋼與鎢鋼焊接,鎢鋼與高速鋼焊接。與同種材料的焊接相比,異種金屬材料的焊接無論從焊接原理和操作技術(shù)上都比同種材料要復(fù)雜得多。
異種金屬材料在焊接中主要存在以下問題:
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(tài)時,熔點高的材料仍呈固體狀態(tài),這時已經(jīng)熔化的材料容易滲入過熱區(qū)的晶界,會造成低熔點材料的流失、合金元素?zé)龘p或蒸發(fā),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(tài)時不能相互溶解,而且在液態(tài)時彼此之間也不能相互溶解,液態(tài)金屬呈層狀分布,冷卻后各自單獨進行結(jié)晶。
異種材料的熱導(dǎo)率和比熱容相差越大,越難進行焊接,材料的熱導(dǎo)率和比熱容會使焊縫金屬的結(jié)晶條件變壞,晶粒嚴重粗化,并影響難熔金屬的潤濕性能。
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(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋、甚至斷裂。選用強力熱源進行焊接,焊接時熱源的位置要偏向?qū)嵝阅芎玫哪覆囊粋?cè)。
異種金屬材料的線膨脹系數(shù)相差越大,越難進行焊接,線膨脹系數(shù)越大的材料,熱膨脹率越大,冷卻時收縮也越大,熔池結(jié)晶時會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力。這種焊接應(yīng)力不易消除,結(jié)果會產(chǎn)生很大的焊接變形。由于焊縫兩側(cè)材料承受的應(yīng)力狀態(tài)不同,容易導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋,甚至導(dǎo)致焊縫金屬與母材的剝離。
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(fā),從而使焊縫的化學(xué)成分發(fā)生變化,力學(xué)性能降低,尤其是焊接異種有色金屬時更為顯著。
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(jié)晶時,存在于晶粒邊界的氧化物能使晶間結(jié)合力降低。
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(wěn)定,焊縫越差。
異種材料焊接過程中,由于焊接區(qū)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(qū)和熱影響區(qū)的力學(xué)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(yīng)力的存在,異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋,尤其是焊接熱影響區(qū)更容易產(chǎn)生裂紋,甚至發(fā)生斷裂。