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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理和操作技術上都要比同類金屬焊接困難得多，復雜得多，因為除了金屬本身的物理化學性能影響之外，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雜焊接工藝來實現的。可以說：焊接接頭的結合性能和使用性能都可以達到要求的，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構

　　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”的合金相結構。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構。通過對合金相結構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

　　產生品內結合，且化合物有屬性，這種現象屬于沒有焊接性，

　　(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，這種組合的現象屬

　　(4)異種金屬接頭燃焊后形成機械濕合物時，其焊接性優劣一定的得提性。

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

　　器體是指二組元在液態時能相互溶解，結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。形成無限據體的金屬，可在固態下無限互溶，固溶體的成分可以從一個純組元連續改變為另一個純組元，始終保持單一的固溶體結構不變，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�。ú怀�過10%——15%)、電化學性能都非常接近的兩組金屬，如Ca-Ni或Fe-Ni系統，否則容易形成金屬間化合物，對于化學元素周期表中的同族或相鄰族元素都能滿足這一要求，當有限固溶體中熔質金屬的量超過溶解度后，會產生兩種情況：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）�；�合物的數量、類型、形態及其分布等，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，除化學性能及力學性能差異外，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、熱導率和比熱容等。

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

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

　　(3)熱導率和比熱容的差異 兩金屬的熱導率和比熱容相差越大，越難焊接。金屬材料的熱導率和比熱容對焊接熱循環和結晶過程影響較大。使結晶條件變壞，晶粒嚴重粗化，并影響難熔金屬的潤濕性能（特別是針焊）。為補救這種差異，對導熱好的金屬進行有選擇的預熱，使焊縫稀釋均勻和熱影響區減小。在焊接時，熱源要偏向導熱性能好的母材一側。

　　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

　　焊接接頭的化學成分不均勻，在焊接熱循環的作用下，熱影響區域的金相組織也將不同，往往會在某區域出現相當復雜的組織結構。除母材（異種金屬本身）和焊材外與焊接方法、焊接工藝、規范參數以及焊后的冷卻速度、熱處理等因素有關。

　　(2)焊縫金屬化學成分不均勻的主要原因

　　1)兩種金屬材料之間的化學成分有很大的差別；

　　2)所選擇的焊接材料（填充金屬）又不同于母材（兩種金屬）的化學成分；

　　3)熔池邊緣與熔池中心的化學成分不同

　　雖然焊縫金屬化學成分不均勻的區域很小（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)焊接接頭力學性能不均勻 由于焊縫金屬化學成分不均勻和金相組織不均勻，必然使焊接接頭的力學性能不均勻。

　　(4)造成焊接接頭應力分布不均勻的主要原因

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

　　2)兩種金屬的導熱性能和比熱容不同。

　　3)焊后熱處理或者高溫使用，都會造成新的熱應力產生。