异种金属的分类及其焊接性

　　(二）

　　(1)异种金属的分类。异种金属最常见的是按金属材料组合进行分类的。按此方法可分为以下几种

　　1)异种黑色金属焊接，如珠光体钢与奥氏体钢焊接、奥氏体不锈钢与铁素体钢焊接等。

　　2)异种有色金属焊接，如铜与铝的焊接。

　　3)有色金属与钢的焊接，如铜与钢、铝与钢的焊接。

　　(2)异种金属的焊接性。异种金属的焊接无论从焊接机理和操作技术上都要比同类金属焊接困难得多，复杂得多，因为除了金属本身的物理化学性能影响之外，两种金属材料性能的差异会在更大程度上影响它们的焊接性。焊接性的概念有两方面内容：一是金属在焊接过程中焊接接头是否容易形成缺陷；二是焊接后的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力，概括起来，焊接性能包括接头的结合性能和使用性能。

　　从理论上分析，无论是同种金属还是异种金属，只要在熔化状态下能够相互形成熔液或共晶的任意两种金属或合金，都可以经过熔焊形成接头。许多异种金属或合金所形成的焊接头，有时只是通过中间过渡层的焊接材料熔合成的。因此，可以认为上述几种情况都可以看作是“具有一定焊接性”的。差别只在于通过简单焊接工艺还是复杂焊接工艺来实现的。可以说：焊接接头的结合性能和使用性能都可以达到要求的，可称为焊接性好；反之，就称焊接性差。表7-4为异种金属间熔焊焊接性。

　　1.异种金属组合的合金相结构

　　异种金属之间是否有良好的焊接性，除了两种金属固有的焊接性外，主要是看两金属能否熔合成“合金”。至于“合金”能否成为连接这两种金属的焊缝金属，则在很大程度上取决于该“合金”的合金相结构。一般来说，金属组元之间的合金有固体和金属间化合物两种合金相结构。通过对合金相结构的分析焊接性好与不好有以下几种情况。

　　(1)异种金属接头熔焊后互为无限固溶（如Cu-Ni等）或12

　　2)屏种全属接头燃部后相互间形成化合物时，它们之间不

　　产生品内结合，且化合物有属性，这种现象属于没有焊接性，

　　(3)异种全属接头落辉后所形成的化合物呈微粒状分布于合全品约同，还形成一定量的图溶体或共晶体，这种组合的现象属

　　(4)异种金属接头燃焊后形成机械湿合物时，其焊接性优劣一定的得提性。

　　程度有校大区别，如果两组元成两种具有一定溶解度的固溶体形或共益，或包品产物是固落体，这种组合的现象属于焊接性好；如果共晶或共析中一组是化合物，或包晶产物是化合物，这种现象属于舞接性差。

　　器体是指二组元在液态时能相互溶解，结晶时以一组元为基体保持原有品格类型，另一组元是原子分布在基体组元的品格理，形成一致的固体合金，固溶体合金组织均匀，其力学性能特别是塑性和超性很好，是较理想的“焊缝金属组织”。

　　面落体可分为无限固溶体和有限共溶体两种类型。形成无限据体的金属，可在固态下无限互溶，固溶体的成分可以从一个纯组元连续改变为另一个纯组元，始终保持单一的固溶体结构不变，形成无限固溶体的条件是：晶格类型相同、金属的原子半径相差崔小（不超过10%——15%)、电化学性能都非常接近的两组金属，如Ca-Ni或Fe-Ni系统，否则容易形成金属间化合物，对于化学元素周期表中的同族或相邻族元素都能满足这一要求，当有限固溶体中熔质金属的量超过溶解度后，会产生两种情况：一是从该固溶体中析出另一种固溶体，从而形成两相混合组织（如铁铜系）;二是从该固溶体中析出金属间化合物（如铁始，例-铝系）。化合物的数量、类型、形态及其分布等，都对焊

　　接接头的抗裂性能和使用性能有很大影响。所以，对能形成金属间化合物的金属焊接时，成败就在于能否避免或控制金属间化合物的形成。金属化合物是指合金组元按照一定的原子数量比，相互化合而成的一种完全不同于原来组元晶格的新相，且具有金属特性的固体合金。金属间化合物硬面脆，起不到金属间的连接作用，塑性、韧性明显下降，甚至完全不能使用。

　　2.异种金属间的热物理性能差异

　　影响异种金属之间焊接性，除化学性能及力学性能差异外，主要是金属材料之间的热物理性能差别较大。如熔化温度、热膨胀系数、热导率和比热容等。

　　(1)熔化温度（熔点）的差异 异种金属的熔点相差越大，越难进行焊接。原因是：低熔点金属熔化时，高熔点金属仍呈固态，已熔化的金属材料向过热区渗入，造成低熔点金属材料的流失，合金元素烧损或蒸发，使焊接接头难以焊合。

　　(2)线膨胀系数的差异 线膨胀系数越大，越难焊接。原因是：造成焊缝母材的冷却收缩不一致，并产生较大的焊接应力。这种应力不易消除，还会产生很大的焊接变形。由于焊缝两侧材料的应力状态不同，容易导致焊缝及热影响产生裂纹，甚至会导致焊缝金属与母材的剥离。

　　(3)热导率和比热容的差异 两金属的热导率和比热容相差越大，越难焊接。金属材料的热导率和比热容对焊接热循环和结晶过程影响较大。使结晶条件变坏，晶粒严重粗化，并影响难熔金属的润湿性能（特别是针焊）。为补救这种差异，对导热好的金属进行有选择的预热，使焊缝稀释均匀和热影响区减小。在焊接时，热源要偏向导热性能好的母材一侧。

　　3.异种金属焊接的主要问题

　　(1)焊接接头的金相组织不均匀 异种金属焊接由于其化学成分不同（两种金属之间、两种金属与焊接材料之间）,熔焊后

　　焊接接头的化学成分不均匀，在焊接热循环的作用下，热影响区域的金相组织也将不同，往往会在某区域出现相当复杂的组织结构。除母材（异种金属本身）和焊材外与焊接方法、焊接工艺、规范参数以及焊后的冷却速度、热处理等因素有关。

　　(2)焊缝金属化学成分不均匀的主要原因

　　1)两种金属材料之间的化学成分有很大的差别；

　　2)所选择的焊接材料（填充金属）又不同于母材（两种金属）的化学成分；

　　3)熔池边缘与熔池中心的化学成分不同

　　虽然焊缝金属化学成分不均匀的区域很小（约在0.2——0.7mm之间）,但会给焊接接头性能带来很大影响（特别是熔合线附近）,使其接头的塑性显著下降。

　　(3)焊接接头力学性能不均匀 由于焊缝金属化学成分不均匀和金相组织不均匀，必然使焊接接头的力学性能不均匀。

　　(4)造成焊接接头应力分布不均匀的主要原因

　　1)线膨胀系数相差很大时，在焊接过程中，膨胀系数大的金属冷却收缩率也大于膨胀系数小的金属。

　　2)两种金属的导热性能和比热容不同。

　　3)焊后热处理或者高温使用，都会造成新的热应力产生。