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　　異種金屬的分類及其焊接性

　　(二）

　　(1)異種金屬的分類。異種金屬最常見的是按金屬材料組合進(jìn)行分類的。按此方法可分為以下幾種

　　1)異種黑色金屬焊接，如珠光體鋼與奧氏體鋼焊接、奧氏體不銹鋼與鐵素體鋼焊接等。

　　2)異種有色金屬焊接，如銅與鋁的焊接。

　　3)有色金屬與鋼的焊接，如銅與鋼、鋁與鋼的焊接。

　　(2)異種金屬的焊接性。異種金屬的焊接無論從焊接機(jī)理和操作技術(shù)上都要比同類金屬焊接困難得多，復(fù)雜得多，因為除了金屬本身的物理化學(xué)性能影響之外，兩種金屬材料性能的差異會在更大程度上影響它們的焊接性。焊接性的概念有兩方面內(nèi)容：一是金屬在焊接過程中焊接接頭是否容易形成缺陷；二是焊接后的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力，概括起來，焊接性能包括接頭的結(jié)合性能和使用性能。

　　從理論上分析，無論是同種金屬還是異種金屬，只要在熔化狀態(tài)下能夠相互形成熔液或共晶的任意兩種金屬或合金，都可以經(jīng)過熔焊形成接頭。許多異種金屬或合金所形成的焊接頭，有時只是通過中間過渡層的焊接材料熔合成的。因此，可以認(rèn)為上述幾種情況都可以看作是“具有一定焊接性”的。差別只在于通過簡單焊接工藝還是復(fù)雜焊接工藝來實現(xiàn)的。可以說：焊接接頭的結(jié)合性能和使用性能都可以達(dá)到要求的，可稱為焊接性好；反之，就稱焊接性差。表7-4為異種金屬間熔焊焊接性。

　　1.異種金屬組合的合金相結(jié)構(gòu)

　　異種金屬之間是否有良好的焊接性，除了兩種金屬固有的焊接性外，主要是看兩金屬能否熔合成“合金”。至于“合金”能否成為連接這兩種金屬的焊縫金屬，則在很大程度上取決于該“合金”的合金相結(jié)構(gòu)。一般來說，金屬組元之間的合金有固體和金屬間化合物兩種合金相結(jié)構(gòu)。通過對合金相結(jié)構(gòu)的分析焊接性好與不好有以下幾種情況。

　　(1)異種金屬接頭熔焊后互為無限固溶（如Cu-Ni等）或12

　　2)屏種全屬接頭燃部后相互間形成化合物時，它們之間不

　　產(chǎn)生品內(nèi)結(jié)合，且化合物有屬性，這種現(xiàn)象屬于沒有焊接性，

　　(3)異種全屬接頭落輝后所形成的化合物呈微粒狀分布于合全品約同，還形成一定量的圖溶體或共晶體，這種組合的現(xiàn)象屬

　　(4)異種金屬接頭燃焊后形成機(jī)械濕合物時，其焊接性優(yōu)劣一定的得提性。

　　程度有校大區(qū)別，如果兩組元成兩種具有一定溶解度的固溶體形或共益，或包品產(chǎn)物是固落體，這種組合的現(xiàn)象屬于焊接性好；如果共晶或共析中一組是化合物，或包晶產(chǎn)物是化合物，這種現(xiàn)象屬于舞接性差。

　　器體是指二組元在液態(tài)時能相互溶解，結(jié)晶時以一組元為基體保持原有品格類型，另一組元是原子分布在基體組元的品格理，形成一致的固體合金，固溶體合金組織均勻，其力學(xué)性能特別是塑性和超性很好，是較理想的“焊縫金屬組織”。

　　面落體可分為無限固溶體和有限共溶體兩種類型。形成無限據(jù)體的金屬，可在固態(tài)下無限互溶，固溶體的成分可以從一個純組元連續(xù)改變?yōu)榱硪粋�純組元，始終保持單一的固溶體結(jié)構(gòu)不變，形成無限固溶體的條件是：晶格類型相同、金屬的原子半徑相差崔小（不超過10%——15%)、電化學(xué)性能都非常接近的兩組金屬，如Ca-Ni或Fe-Ni系統(tǒng)，否則容易形成金屬間化合物，對于化學(xué)元素周期表中的同族或相鄰族元素都能滿足這一要求，當(dāng)有限固溶體中熔質(zhì)金屬的量超過溶解度后，會產(chǎn)生兩種情況：一是從該固溶體中析出另一種固溶體，從而形成兩相混合組織（如鐵銅系）;二是從該固溶體中析出金屬間化合物（如鐵始，例-鋁系）。化合物的數(shù)量、類型、形態(tài)及其分布等，都對焊

　　接接頭的抗裂性能和使用性能有很大影響。所以，對能形成金屬間化合物的金屬焊接時，成敗就在于能否避免或控制金屬間化合物的形成。金屬化合物是指合金組元按照一定的原子數(shù)量比，相互化合而成的一種完全不同于原來組元晶格的新相，且具有金屬特性的固體合金。金屬間化合物硬面脆，起不到金屬間的連接作用，塑性、韌性明顯下降，甚至完全不能使用。

　　2.異種金屬間的熱物理性能差異

　　影響異種金屬之間焊接性，除化學(xué)性能及力學(xué)性能差異外，主要是金屬材料之間的熱物理性能差別較大。如熔化溫度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和比熱容等。

　　(1)熔化溫度（熔點）的差異 異種金屬的熔點相差越大，越難進(jìn)行焊接。原因是：低熔點金屬熔化時，高熔點金屬仍呈固態(tài)，已熔化的金屬材料向過熱區(qū)滲入，造成低熔點金屬材料的流失，合金元素?zé)龘p或蒸發(fā)，使焊接接頭難以焊合。

　　(2)線膨脹系數(shù)的差異 線膨脹系數(shù)越大，越難焊接。原因是：造成焊縫母材的冷卻收縮不一致，并產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。這種應(yīng)力不易消除，還會產(chǎn)生很大的焊接變形。由于焊縫兩側(cè)材料的應(yīng)力狀態(tài)不同，容易導(dǎo)致焊縫及熱影響產(chǎn)生裂紋，甚至?xí)��?dǎo)致焊縫金屬與母材的剝離。

　　(3)熱導(dǎo)率和比熱容的差異 兩金屬的熱導(dǎo)率和比熱容相差越大，越難焊接。金屬材料的熱導(dǎo)率和比熱容對焊接熱循環(huán)和結(jié)晶過程影響較大。使結(jié)晶條件變壞，晶粒嚴(yán)重粗化，并影響難熔金屬的潤濕性能（特別是針焊）。為補(bǔ)救這種差異，對導(dǎo)熱好的金屬進(jìn)行有選擇的預(yù)熱，使焊縫稀釋均勻和熱影響區(qū)減小。在焊接時，熱源要偏向?qū)�熱性能好的母材一�?cè)。

　　3.異種金屬焊接的主要問題

　　(1)焊接接頭的金相組織不均勻 異種金屬焊接由于其化學(xué)成分不同（兩種金屬之間、兩種金屬與焊接材料之間）,熔焊后

　　焊接接頭的化學(xué)成分不均勻，在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)域的金相組織也將不同，往往會在某區(qū)域出現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。除母材（異種金屬本身）和焊材外與焊接方法、焊接工藝、規(guī)范參數(shù)以及焊后的冷卻速度、熱處理等因素有關(guān)。

　　(2)焊縫金屬化學(xué)成分不均勻的主要原因

　　1)兩種金屬材料之間的化學(xué)成分有很大的差別；

　　2)所選擇的焊接材料（填充金屬）又不同于母材（兩種金屬）的化學(xué)成分；

　　3)熔池邊緣與熔池中心的化學(xué)成分不同

　　雖然焊縫金屬化學(xué)成分不均勻的區(qū)域很小（約在0.2——0.7mm之間）,但會給焊接接頭性能帶來很大影響（特別是熔合線附近）,使其接頭的塑性顯著下降。

　　(3)焊接接頭力學(xué)性能不均勻 由于焊縫金屬化學(xué)成分不均勻和金相組織不均勻，必然使焊接接頭的力學(xué)性能不均勻。

　　(4)造成焊接接頭應(yīng)力分布不均勻的主要原因

　　1)線膨脹系數(shù)相差很大時，在焊接過程中，膨脹系數(shù)大的金屬冷卻收縮率也大于膨脹系數(shù)小的金屬。

　　2)兩種金屬的導(dǎo)熱性能和比熱容不同。

　　3)焊后熱處理或者高溫使用，都會造成新的熱應(yīng)力產(chǎn)生。