關于異種金屬焊接問題分析及焊接工藝探討

邵 慧

（錦西工業學校，遼寧 葫蘆島 125000）

目前，我國金屬焊接、加工工作并不是一帆風順的，其中蘊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、財產損失，需要工程師、技術人員、科學家對金屬焊接工作進行全方位研究，得出更加安全、高效的焊接方式，保證產品既能夠滿足工程建設的需求，還能夠確保生產加工工作中的安全性和穩定性，給予企業豐厚的經濟效益。因此，在開展金屬焊接工作中，技術人員需要不斷提升自身的工作能力、設備操作技術、安全意識等，力求能夠提升異種金屬的焊接質量。

1 異種金屬焊接的基本特征

異種金屬焊接在我國已經具備相當長的發展歷史，且焊接之后的金屬已經廣泛應用于各個領域，其中最為常見的一種便是鋼與鋁合金，鋼是當下工程建設、加制造行業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，雙方的粘貼強度有限，難以滿足高強度的焊接需求，粘貼方式連接的使用情況在生產加工中并不常見。

（2）機械連接，這種連接方式能夠有效提升金屬連接的穩定性、強度，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留下或多或少的痕跡，影響后續使用的便捷性與美觀性。

根據上文的研究能夠看出，焊接是當下較為常見的連接手段之一，并且結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 焊接熔點特征。

異種金屬指的是不同材質的金屬，他們的熔點也存在一定差異。鋁合金材料的熔點較低，而鋼的熔點較高，在焊接的過程中能夠發現，鋁合金已經完全融合的情況下，鋼還未出現明顯變化。兩種物質的熔點差異勢必會影響焊接的整體進程，出現材料融化效果不同、焊接質量問題。

1.2 焊接密度特征

結合上文中案例，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產生較大的變化。鋼的密度大于鋁合金，在鋁合金受熱變化成為液體之后，鋼水的密度則遠遠高于鋁水。如果二者同時融化，則會穿鋁水在鋼水上方漂浮的現象。由于兩種金屬的密度不同，在焊接過程中極易出現金屬之間融合不均衡的現象，導致金屬接頭位置的焊接效果不理想。

1.3 熱導率特征

鋁合金與鋼之間的導熱效果不同，受到溫度影響之后出現的膨脹效果也有所差異。這種情況會直接導致二者焊接之后出現焊接接頭位置變形現象，一旦變形的程度較深，則會出現不同程度的裂縫，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加工質量。

2 異種金屬焊接的常見技術問題

首先，異種金屬焊接的過程中極易出現雜質，也就是說，在兩種金屬焊接的過程中，其中一個焊接母材上會出現一層薄薄的氧化膜。氧化膜出現在兩種金屬之間形成了“有形的屏障”影響二者融合的速度。氧化膜隨著焊接時間的延長而變厚，更加制約了兩種金屬融合的進程。與此同時，金屬熔池表面也會出現氧化反應，隨著金屬熔池整體溫度的升高而逐漸增多，這種現象會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，影響金屬焊接的整體質量。

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

然后，在金屬焊接的過程中需要重視碳遷移，這種現象也是金屬焊接工作中常見的慶魁昂之一。碳遷移現象出現之后直接制約高溫機械設備的運轉和工作，甚至影響機械設備內部的化學構成水平，更為嚴重的 則是不同溫度環境下焊接的金屬會出現斷裂現象，失去原本的性能和作用，縮短了異種金屬焊接的使用時間。

最后，由于不同金屬產品的性能、參數、化學物質含量存在差異，在焊接過程中接頭位置也會出現不同的現象。在正式開始焊接之前需要詳細分析金屬的可塑性、耐高溫性、剛度等等，都需要技術人員對其進行詳細分析和計算。一旦這環節中缺少必要的計算和指標分析，極易出現焊接質量問題、焊接接頭處不平穩的現象，影響金屬制品的整體質量與美觀程度。

3 鋁和鋼焊接的相關方法與問題

3.1 鋁和鋼的壓焊

鋁鋼復合板的制作一般采用的是滾焊和爆炸復合的制作方式。通過一部分學者的研究能夠看出，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硬。為了有效提升鋁合金與鋼板之間的接觸面積。技術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，FeAI 是金屬問脆性物質層的主要成分。如果金屬問化合物層的厚度小于101ma 時，那么被處理的樣品就會斷裂。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，根據壓力的不同會出現不同的情況，當壓輪的壓力大于1.96kN，激光功率≤1400W 的時候，接頭的強度就會變高。在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時，需要明確在高溫作用下兩種材料是否會產生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點不同，在焊接過程中也極易出現高溫變形的情況，而后產生強度較大的化合物。

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者引用。并且通過學者的實驗說明能夠看護，焊縫溫度在進入轉數較低的環境中國，極易誘發設備的焊接接頭故障。而將焊縫溫度放置在較高轉數的環境中，鎂就會在高溫的刺激下出現燃燒現象，焊接結束之后也難以獲得良好的信箱。在實驗過程中，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約設備使用過程中的能源消耗，即便是焊接時間較短。焊接溫度較低的情況下，也不會出現設備性能變化、金屬的參數變化等。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工作中進行調整，并且結合現階段的使用情況、消費者需求等研究和創新出全新的發展模式。

3.3 釬焊

一部分專家和學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特性的相關理論因素，研究焊接的不同方式，力求能夠降低焊接工作中的異常現象。在以上問題研究過程中，逐一分解焊縫的工藝內容、運行方式能夠看出焊縫母材中并未出現氧化反應、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含的原子。可見，因為在焊縫與銅界面上生成了少量的AICu，但是這一現象并未降低焊縫的抗剪力墻能力。

與此同時，電弧焊也是當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力，加熱鋁與鋼以及鋁基焊絲填充接頭。此時，被加熱的物質處于融化狀態，也就是熔焊結合。這種焊接形式的優勢作用十分明顯，能夠最大限度節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下停留在金屬中的時間較短，在焊接之后也不會出現接頭較大晶體的現象。利用這種模式焊接具備良好的美觀性以及焊接工作自動化特點。

4 異種金屬焊接工藝對策

在異種金屬正式實施焊接加工之前，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、導熱能力等。在異種金屬焊接前需要做好相應的準備，針對兩種金屬的特點選擇適宜的焊接方式，保證金屬焊接質量無誤。

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、化學特點等，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的異常現象，根據分析結果選擇適宜的焊接材料和工具。例如，當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較高的材料。

4.2 選擇科學的焊接方式

在異種金屬焊接之前，需要選擇有效的焊接方式，根據金屬的基本特征判定焊接方式，其標準為能夠滿足焊接性、工藝焊接性兩個方面的內容。

例如，在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時，需要明確在高溫作用下兩種材料是否會產生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點不同，在焊接過程中也極易出現高溫變形的情況，而后產生強度較大的化合物。這樣一來，異種金屬焊接后得到的物質復合型也會下降。針對這種情況，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。在此基礎上還可以根據焊接材質的差異，選擇激光焊壓的方法，通過調節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量。異種金屬焊接中需要合理選擇焊接的工藝參數，保證焊接接頭的工藝質量。其中工藝參數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、焊接需要花費的時間等，有效選擇和調節焊接參數，能夠發現不同焊接參數影響下的焊接效果也有所差異。例如，加大焊接電流能夠導致兩種金屬內部的熱量水平逐漸提升，并且隨著熱量加大，對焊接的整體效果也存在影響。

4.4 焊接養護工作

金屬焊接之前需要做好設備、金屬自身的預熱工作，避免焊接過程中短時間內金屬的溫度大幅度變化，出現淬火裂紋，影響金屬焊接的整體質量。在預熱階段，需要對金屬的導熱性能進行全方位的研究，并且計算金屬的具體參數，以及焊接之后的合金需求等。

在金屬焊接之后，需要進一步調節金屬的溫度，為了提升兩種金屬接頭區域的焊接效果，降低焊接之后對金屬產生的應力，避免金屬出現裂縫現象。在焊接之后需要在金屬存儲的區域中適當調節溫度，避免溫度驟然上升和下降，造成金屬焊接節點處裂縫現象，保證整體焊接效果優良。

近年來，隨著我國科學技術水平逐漸提升，在生產加工工作中研發并且使用了大量新設備、新技術、新工藝，這對我國的生產加工行業具有極強的推動和引導作用，但是對工程原材料、構建的質量也提出了更高的要求。在工程建設中不論使用何種材料，都不能夠一勞永逸的滿足不同建設的需求。為了保障生產加工、工程建設的需求，技術人員將不同的材料進行二次加工，將不同材料的性能最大化發揮出來，一部分材料經過加工還能夠代替一部分重金屬，降低了工業生產、工程建設中成本投入，有效提升了企業的經濟效益。