淺談異種金屬激光焊接

張寧++曲浩然

摘要：隨著的社會科技與經(jīng)濟水平的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對零部件的性能提出了更高更多樣化的要求。目前任何單一的金屬材料都不可能完全滿足生產(chǎn)全面的需要，雖然有極少類別的金屬能達(dá)到理想的效果，但是這種類別的金屬往往也比較昂貴，因此在實際的工業(yè)作業(yè)工程中，對異種金屬進(jìn)行合成的技術(shù)就成為了重點。在工業(yè)生產(chǎn)中，鋁及鋁合金的應(yīng)用較為廣泛，近年來鋁與鋼連接問題熱度持續(xù)上升，但是鋁和鋼的焊接問題具有較大的難度性。本文首先對異種金屬的焊接性問題進(jìn)行了闡述，然后對目前鋁和鋼焊接的相關(guān)方法做出了說明，不同的焊接方式各有利弊，說明我國鋁和鋼焊接的未來發(fā)展前景還是比較廣闊的。

關(guān)鍵詞：鋼鋁焊接；異種金屬；焊接技術(shù)；問題

一、緒論

目前對于異種金屬合成的發(fā)展，鋁和鋼的焊接也成為機械制造業(yè)中的重點與難點，由于不同金屬性能的差別，導(dǎo)致異種金屬的焊接具有較大的難度性。鋼和鋁的連接方式有粘接與機械連接兩種，粘接的使用比較局限，不適用于超強度的焊接要求，適合對接頭強度要求低的焊接過程；而機械焊接能實現(xiàn)較高的接頭焊接強度，但是不能保證良好的氣密性，而且機械連接一般會留下連接痕跡，對于要求精密的金屬部件，這種方法顯然不適合。為了實現(xiàn)異種金屬的合成，達(dá)到最佳的金屬性能，降低金屬制造成本，近年來，廣大研究人員正在對異種金屬焊接技術(shù)進(jìn)行研究與探索，本文就異種金屬焊接技術(shù)的相關(guān)方法與問題進(jìn)行了論述。

二、鋁鋼異種金屬的焊接性

在各種加工制造行業(yè)中，鋁合金的質(zhì)量輕、耐腐蝕性強、延展性較高，成為目前廣泛應(yīng)用的一種輕金屬，而鋼是機械加工行業(yè)中使用最普通的金屬，在工業(yè)建設(shè)中扮演著重要的角色。近年來，以鋁、鋁合金為基本材料的金屬構(gòu)件使用越來越普遍，并得到了人們的關(guān)注。

鋁與鋼的金屬的物理與化學(xué)性能上有較大的差異，導(dǎo)致鋁與鋼焊接過程難以實現(xiàn)，主要的差異體現(xiàn)在以下幾點：

（1）熔點不同；鋼的熔點比鋁的熔點高，在兩者進(jìn)行焊接的過程中，由于溫度的變化當(dāng)鋁完全熔化成液體的狀態(tài)時，鋼仍處于固態(tài)的形式；兩者的密度也相差很大，如果實現(xiàn)了鋁與鋼的同時融化，這時候由于液態(tài)的鋁水比鋼水的密度小，會浮在鋼水上，在對金屬進(jìn)行冷卻、定型時，就導(dǎo)致兩種金屬融合的不均勻，從而降低金屬接頭的性能。

（2）夾渣現(xiàn)象容易發(fā)生；夾渣現(xiàn)象指的是鋁及合金在焊接的過程，在母材上形成氧化膜，這種氧化膜很難融化，從而阻礙了兩種金屬的融合；通常在熔池表面也會產(chǎn)生氧化膜，并隨著溫度的升高變得越來越厚。氧化膜會嚴(yán)重影響到液態(tài)金屬的融合，最終導(dǎo)致金屬焊縫中出現(xiàn)夾渣的現(xiàn)象。

（3）鋁鋼焊接接頭變形問題；由于鋁與鋼的密度、熱導(dǎo)率相差較大，兩者的線膨脹系數(shù)也差距很大，在鋁和鋼的焊接過程中會造成焊接接頭的變形，嚴(yán)重時會造成焊接金屬裂紋的產(chǎn)生。

三、鋁和鋼焊接的相關(guān)方法與問題

1 鋁和鋼的壓焊

在鋁和鋼的焊接過程中，形成鋁鋼復(fù)合板是通過滾焊或爆炸復(fù)合的方式，但在這個過程中，鋁和鋼之間容易形成硬度較高的化合物，由于鋁與鋼物理、學(xué)相關(guān)的差異較大，導(dǎo)致壓焊過程金屬的高塑性變形，從而使金屬材料發(fā)生高密度位錯，形成高硬度的化合物，影響復(fù)合板的使用性能。

為了提高鋁合金與鋼板的接觸力度，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)了壓輪的方法，使用壓輪的方法能提高壓焊過程中鋁和鋼之間的熱傳遞速率；由于金屬間脆性物質(zhì)的存在，金屬間的斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生，激光壓力焊接技術(shù)的普及與應(yīng)用提高了金屬間的延展性與強度，激光壓力焊可以根據(jù)不同的壓力使用不同功率的激光，有效的提高了接頭的強度。

2 鋁和鋼的攪拌摩擦焊

當(dāng)對鋁合金和不銹鋼進(jìn)行焊接時，我們通常采用攪拌摩擦焊的方式提高焊接的質(zhì)量。大量的實驗表面，當(dāng)異種金屬焊接過程中處于低轉(zhuǎn)速的情況下，如果不能保證溫度增長的速度，就會造成焊接接頭的燒壞；而在高轉(zhuǎn)速下，金屬又會快速燃燒，也不能很好的保證金屬的性能。鋁和鋼在焊接過程中未來保證良好的焊縫強度與接頭形態(tài)，通常采用摩擦攪拌焊，這種方法在異種金屬焊接中的使用率很高，具有節(jié)約能源、時問的優(yōu)點，所需的能量與溫度較低，保證了異種金屬良好的形態(tài)，但是其焊接效率還仍需進(jìn)一步提高，相關(guān)的研究與工藝也不太成熟。

3 釬焊

近年來，相關(guān)研究人員對鋁合金與不銹鋼的焊接工藝做出了研究，利用釬焊工藝方法降低了異種金屬焊接過程中焊縫的化合物的產(chǎn)生。實驗表明采用釬焊工藝方法進(jìn)行焊接能防止鋁、鐵原子的擴散，根據(jù)鋼和鋁的熔點差異，利用銅與焊縫交界面產(chǎn)生的AICu有效的提高了焊縫的裁剪性能，很好的結(jié)合并利用了釬焊與熔焊的特點。

近年來，釬焊形式一電弧焊形式的焊接方法也廣為傳用，釬焊形式一電弧焊方法的原理是利用電源對鋼以及鋁進(jìn)行加熱，并將鋁基焊絲接頭進(jìn)行融化，同時保汪鋼母材的固態(tài)狀態(tài)。釬焊形式一電弧焊方法實現(xiàn)了熔焊方法的結(jié)合，具有很高的靈活性，并且不會造成能源的浪費，是一種高效的高溫焊接方式。利用釬焊形式一電弧焊方法進(jìn)行異種金屬的焊接時，很大程度的縮短了釬焊接頭在高溫下的處理時間，抑制了母材產(chǎn)生較大晶粒，保證了焊接后金屬外觀的流暢與美觀，具有較好的自動化性能，很大地提高了異種金屬焊接的質(zhì)量。

四、結(jié)語

社會科技與經(jīng)濟水平的發(fā)展對機械制造業(yè)的發(fā)展水平提出了更高的要求，為了提高金屬構(gòu)件的性能，異種金屬合成的課題被人們廣泛關(guān)注起來。鋁和鋼之間性質(zhì)差異較大，兩者的焊接問題一直都是廣大研究人員的研究難點。異種金屬焊接技術(shù)質(zhì)量的提高直接影響到金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合工程的發(fā)展，甚至成為整個機械制造業(yè)的發(fā)展的重要指標(biāo)。