异种材料焊接存在的问题

    异种材料的焊接，是指两种或两种以上的不同材料(指其化学成分、金相组织及性能等不同)在一定工艺条件下进行焊接加工的过程。现代工程结构中，异种材料焊接结构得到越来越广泛的应用。把不同的两种金属焊接在一起时，必定会产生一层性能和组织与母材不同的过渡层。由于异种金属在元素性质，如物理性能、化学性能等方面有显著差异，与同种材料的焊接相比，异种材料的焊接无论从焊接机理和操作技术上都比同种材料要复杂得多。

    异种材料焊接中存在的主要问题如下。

    ① 异种材料的熔点相差越大，越难进行焊接。这是因为熔点低的材料达到熔化状态时，熔点高的材料仍呈固体状态，这时已经熔化的材料容易渗入过热区的晶界，会造成低熔点材料的流失、合金元素烧损或蒸发，使焊接接头难以焊合。例如焊接铁与铅时(熔点相差很大)，不仅两种材料在固态时不能相互溶解，面且在液态时彼此之间也不能相互溶解，液态金属呈层状分布，冷却后各自单独进行结晶。

    ② 异种材料的线胀系数相差越大，越难进行焊接。线胀系数越大的材料，热膨胀率越大，冷却时收缩也越大，熔池结晶时会产生很大的焊接应力。这种焊接应力不易消除，结果会产生很大的焊接变形。由于焊缝两侧材料承受的应力状态不同，容易导致焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝金属与母材的剥离。

    ③ 异种材料的热导率和比热容相差越大，越难进行焊接。材料的热导率和比热容的差异会使焊缝金属的结晶条件变坏，晶粒严重粗化，并影响难熔金属的润湿性能。因此，应选用强力热源进行焊接，焊接时热源的位置要偏向导热性能好的母材一侧。

    ④ 异种材料的电磁性相差越大，越难进行焊接。因为材料的电磁性相差越大，焊接电弧越不稳定，焊缝越差。异种材料之间形成的金属间化合物越多，越难进行焊接。由于金属间化合物具有较大的脆性，容易导致焊缝产生裂纹、甚至断裂。

    ⑤ 异种材料焊接过程中，由于焊接区显微组织的变化或新生成的组织，使焊接接头的性能恶化，给焊接带来很大的困难。异种材料焊接接头熔合区和热影响区的力学性能较差，特别是塑韧性明显下降。由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。

    ⑥ 异种材料的氧化性越强，越难进行焊接。如用熔焊方法焊接铜和铝时，熔池中，极易形成铜和铝的氧化物(CuO、Cu₂O和Al₂O₃)。冷却结晶时，存在于晶粒边界的氧化物能使晶间结合力降低。CuO和Cu₂O均能与铜形成低熔点的共晶体(Cu+CuO和Cu+Cu₂O)，使焊缝产生夹杂和裂纹。铜与铝形成的CuAl₂和Cu₂Al脆性化合物，能显著降低焊缝金属的强度和塑性。因此，采用熔焊方法焊接铜与铝相当困难。

    ⑦ 异种材料焊接时，焊缝和两种母材金属难以达到等强的要求。这是由于焊接时熔点低的金属元素容易烧损和蒸发，从而使焊缝的化学成分发生变化，力学性能降低。尤其是焊接异种有色金属。

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