异种金属焊接的特点和方法 金属材料的品种众多,优缺点各不相同。为了充 分发挥不同材料的优势,现代工业中常常要求异种 金属连接使用,这对于提高材料使用性能、有效利 用金属资源具有重要意义。 铝及其合金的密度低、比强度高,加之耐腐蚀 性、导电性、导热性优良,以及良好的可加工性和可 回收性、储量丰富、价格便宜等特点,已成为一种重 要的轻金属结构材料。对于要求结构轻型化和低成 本设计与制造的交通工具,铝合金正广泛应用于高 速船舶、汽车、航空航天和其他一些金属结构。例如 高速巡逻艇和豪华游艇大多采用主船体为钢质结 构,上层建筑为铝合金结构。为了实现铝合金结构与 钢结构的有效连接,对钢一铝异种金属的焊接研究 具有重要的意义。 铜及其合金的高电导率和热导率、易于成型以。
焊接工艺 雹珲拽 第41卷
及适当的机械性能等优良特性使其成为在工程上 广泛应用的一种重要有色金属材料。但是铜,尤其 是工业纯铜,同时存在强度低、硬度低、抗氧化性 差、耐磨性不高等不足,使其应用范围受到限制。铜 与钢、铜与铝等异种金属的连接使用能有效改善上 述不足。目前异种金属的连接主要包括铝一钢,铝一
铜,铝一钛,铜一钢,铜一钛等。 异种金属由于物理化学性能的差异使熔 化焊接困难:熔点相差悬殊;线膨胀系数、热导率和 热容量相差很大,容易导致热应力而产生裂纹;界 面过渡区易形成脆性的金属间化合物;有些金属如 铝、钛表面容易生成难熔的氧化物膜,会在焊缝中 形成夹渣。因此,采用传统的熔焊方法难以实现异 种金属的有效焊接。 目前异种金属焊接主要采用激光焊、摩擦焊、 爆炸焊、扩散焊、钎焊等。激光焊能量集中,热输入 量小,冷却速度快,焊接质量较好,但设备投资巨 大,难以推广。摩擦焊和爆炸焊接头的形状受到限 制。爆炸焊采用瞬间焊接,限制了脆性化合物的生 成,且界面平整、结合牢固,目前钢一铝焊接主要采 用爆炸焊接。例如,南华高速船舶工程股份有限公 司制造的高速船主要采用法国Nobel爆炸公司制 造的钢一铝过渡接头131。但爆炸焊容易引起母材的变 形,且生产效率低,成本高。扩散焊工件受限且耗能 耗时,效率低。钎焊是异种金属焊接的主要方法,它 可以避免异种金属因成分、性能不同造成的熔化焊 接困难,焊接选择温度范围广泛,焊件的应力和变 形小,可完成复杂形状、不同金属甚至金属与非金 属的焊接。缺点是焊接接头强度一般比较低。根据 钎焊方法的不同又可分为火焰钎焊、电阻钎焊、感 应钎焊、炉中钎焊等。