异种金属板材焊接工艺探讨

宋晋军

长治清华机械厂，山西省长治市 046000

0 引言

随着科学技术的不断发展，对不同工程机械构件的性能提出了更高的要求，如高温持久性、硬度、耐蚀性、耐磨性、低温韧性等。单纯的一种金属材料在许多情况下并不能满足工程使用要求，目前，受人们关注的是异种金属构件备的焊接工艺。异种金属的焊接不但对各组成材料的优异性能充分利用，而且使整体生产成本降低了，使得经济效益得到显著提高[1]。由于这些优势它被广泛应用于工程机械、石油化工、交通运输、航空航天、电站锅炉等行业的机械设备和构件中。

1 异种金属板材焊接工艺的发展

随着科技的发展，几十年以来，在碳钢的焊接性和不锈钢方面国内外很多学者都在做大量的研究。如：通过对锅炉压力容器钢Q245R 的研究，在不同的耐腐、温度、用途中选用不同的容器板材质，可以添加钛、钒、铌元素在Q245R 钢中，这个三种元素含量分别不大于0.050%，可以大量使用Q245R钢板在反应器、甲烷化炉、脱硫槽、焦炭塔、水洗塔等设备及构件建设制造项目中。

料加工技术在不断发展，人们逐步大量使用一些具有特殊性能的合金钢，如具有无磁性、高强度、耐高温、高韧性、耐腐蚀、耐磨、耐低温。与此同时，在低合金钢和不锈钢异种钢焊接性方面，人们也做了大量的研究。研究发现焊接接头采用激光焊接方法的组织性能更好，缩小焊接接头的脆硬区可以采用镍基填充材料。当进行特殊的生产作业时，普遍应用低合金钢和特殊用途钢焊接，如低合金钢与耐蚀钢在在酸碱环境中的焊接[2]。随着有色金属及其合金逐渐推广应用于高科技领域，诸如航空航天、电子、汽车等领域，今后镁合金焊接的主要方向将是其他金属与镁合金的连接问题。

2 异种金属板材焊接工艺中热压焊技术的应用

通过对电阻的发热温度和电阻晶型有效的调控，使较多的热量被电导率和热导率高的金属件接触处获得，热平衡被两焊件压接触获得从而达到焊透率相同，在一定温度的塑性状态下使得被焊金属实现固态焊接或液态焊接，这一焊接方法被称为热压焊焊接工艺。其原理是， 选用大电阻率、高熔点的电极配在电导率高和热导率的金属件，如钨、银基、钼、铜基，使用改型电极端头，从而使焊接压接处的电阻发热温度得以提高，使0.5A～0.9A 为热电流。焊接工艺参数的确定是根据直流焊或交流焊分别进行的，在0.1s～0.9s 内焊接电源连续控制， 实现焊接接触界面的电阻热量均衡和发热温度被均匀提高，对焊、点焊、缝焊、凸焊的完成是通过电极夹持两焊件来实现的。

具体工艺方案中连接是的温度：900℃～1 430℃不锈钢、600℃～1 530 ℃低碳钢、930～1 080 ℃铜合金、500℃～652 ℃铝合金；确定焊接电极的形状和选材：选CuMo，W，AgW 或 CuW 作为高电导率材质电极，选BeCu，GrCu 或Ni -Be -Cu 作为低电导率材质电极。焊接压接处用电极端面调控增大压应力、电阻、增大电流密度。修正热敏感性和预防裂纹，是根据高温强度选择压力、导热性选择焊接电流脉冲持续时间、导电性选择电流强度，电极端面的压应力的选择根据材料的焊核拘束度。电极压应力=电极压应力是选择的标准。300A/mm2～400A/mm2不锈钢、200A/mm2～600A/mm2低碳钢作为电流密度，这是根据直流焊或交流焊中电大率来确定的。直流热压焊和交流热压焊的焊接工艺参数如下图：

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3 异种金属板材焊接工艺的发展趋势

在工程应用中异种金属焊接早已成为不可缺少的工艺手段，其今后的发展趋势和研究热点是：

1）焊接轻合金异种材料：在当今电子产业和航空航天飞速发展的时代，日益普及轻金属材料，轻工业领域的主要工艺手段将是轻合金异种材料焊接；

2）抗腐蚀性能的提高：腐蚀成为电站锅炉、石油化工等行业中异种钢焊接接头常有的失效方式。在高温条件下快冷结合而成的由两种不同的填充材料和母材而成的接头，复杂的组织接，异种金属焊接接头相对于母材抗腐蚀能力很低[3]；

3）研制新焊材; 异种金属焊接所面临的巨大挑战是劣质

异种焊接接头问题，而这一问题是由母材性能差异引起的。同时具有两种母材性能的填充材料或焊材，可以缩小性能差异，使碳的迁移减少，从而使接头的高温特久性能得以提高[4]；

4）对异种金属焊接接头的碳迁移规律、应力分布、腐蚀性能等进行深入研究，这个研究过程要采用先进的和计算机模拟技术和检测手段，并且数据库的完善构建，提供参考依据给异种金属焊接作业。

4 结论

通过上述对浅析异种金属焊接工艺的发展、热压焊工艺方案、国内厂家在使用异种板热压焊工中的典型应用实例对比以及今后的发展趋势和研究热点的了解。采用异种金属板材的焊接工艺，生产效率高、操作简单、节约电能、成本低、节约电能、电极消耗低、通用性好、焊接处的强度高，很适用于难焊金属焊接处的强度的提高和很适合应用这种工艺。该工艺具有良好的焊接效果、具有可行性和推广价值[5]。另外，针对其不足，人们可以在今后的研究工作中，从焊后热处理、冷却速度的控制、焊材的匹配等方面进行突破口，异种金属焊接研究今后的难点与重点是熔合区的综合性能如何提高。

[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].2版.北京：机械工业出版社，2010.

[2]刘成虎，柳伟，赵耀斌，等.X70异种钢焊接接头的电偶腐蚀行为[J].北京科技大学学报，2008，30(1)：252-253.

[3]常建伟.火电厂管道异种钢的焊接热处理问题探讨[J].电力建设，2008，29(10)：80-81.

[4]潘春旭.异种钢焊接性的研究现状和发展[C].2005年能源工程焊接国际论坛论文集.上海，2005.

[5]李萌盛，吴元峰，谢霞.焊接参数对异种钢接头热应力影响的数值模拟[J].焊接，2005(1)：16-17.