浅谈异种金属激光焊接

2016-04-29曲浩然

北极光 2016年2期

文/张宁曲浩然

浅谈异种金属激光焊接

文/张宁曲浩然

摘要：随着的社会科技与经济水平的发展，现代工业对零部件的性能提出了更高更多样化的要求。目前任何单一的金属材料都不可能完全满足生产全面的需要，虽然有极少类别的金属能达到理想的效果，但是这种类别的金属往往也比较昂贵，因此在实际的工业作业工程中，对异种金属进行合成的技术就成为了重点。在工业生产中，铝及铝合金的应用较为广泛，近年来铝与钢连接问题热度持续上升，但是铝和钢的焊接问题具有较大的难度性。本文首先对异种金属的焊接性问题进行了阐述，然后对目前铝和钢焊接的相关方法做出了说明，不同的焊接方式各有利弊，说明我国铝和钢焊接的未来发展前景还是比较广阔的。

关键词：钢铝焊接；异种金属；焊接技术；问题

一、绪论

目前对于异种金属合成的发展，铝和钢的焊接也成为机械制造业中的重点与难点，由于不同金属性能的差别，导致异种金属的焊接具有较大的难度性。钢和铝的连接方式有粘接与机械连接两种，粘接的使用比较局限，不适用于超强度的焊接要求，适合对接头强度要求低的焊接过程；而机械焊接能实现较高的接头焊接强度，但是不能保证良好的气密性，而且机械连接一般会留下连接痕迹[1]，对于要求精密的金属部件，这种方法显然不适合。为了实现异种金属的合成，达到最佳的金属性能，降低金属制造成本，近年来，广大研究人员正在对异种金属焊接技术进行研究与探索，本文就异种金属焊接技术的相关方法与问题进行了论述。

二、铝钢异种金属的焊接性

在各种加工制造行业中，铝合金的质量轻、耐腐蚀性强、延展性较高[2]，成为目前广泛应用的一种轻金属，而钢是机械加工行业中使用最普通的金属，在工业建设中扮演着重要的角色。近年来，以铝、铝合金为基本材料的金属构件使用越来越普遍，并得到了人们的关注。

铝与钢的金属的物理与化学性能上有较大的差异，导致铝与钢焊接过程难以实现，主要的差异体现在以下几点:

（1）熔点不同；钢的熔点比铝的熔点高，在两者进行焊接的过程中，由于温度的变化当铝完全熔化成液体的状态时，钢仍处于固态的形式；两者的密度也相差很大，如果实现了铝与钢的同时融化，这时候由于液态的铝水比钢水的密度小，会浮在钢水上，在对金属进行冷却、定型时，就导致两种金属融合的不均匀，从而降低金属接头的性能。

（2）夹渣现象容易发生；夹渣现象指的是铝及合金在焊接的过程，在母材上形成氧化膜，这种氧化膜很难融化，从而阻碍了两种金属的融合；通常在熔池表面也会产生氧化膜，并随着温度的升高变得越来越厚。氧化膜会严重影响到液态金属的融合，最终导致金属焊缝中出现夹渣的现象[3]。

（3）铝钢焊接接头变形问题；由于铝与钢的密度、热导率相差较大，两者的线膨胀系数也差距很大，在铝和钢的焊接过程中会造成焊接接头的变形，严重时会造成焊接金属裂纹的产生。

三、铝和钢焊接的相关方法与问题

1.铝和钢的压焊

在铝和钢的焊接过程中，形成铝钢复合板是通过滚焊或爆炸复合的方式，但在这个过程中，铝和钢之间容易形成硬度较高的化合物，由于铝与钢物理、学相关的差异较大，导致压焊过程金属的高塑性变形，从而使金属材料发生高密度位错，形成高硬度的化合物，影响复合板的使用性能。

为了提高铝合金与钢板的接触力度，相关研究人员发现了压轮的方法，使用压轮的方法能提高压焊过程中铝和钢之间的热传递速率；由于金属间脆性物质的存在，金属间的断裂现象时有发生，激光压力焊接技术的普及与应用提高了金属间的延展性与强度，激光压力焊可以根据不同的压力使用不同功率的激光，有效的提高了接头的强度。

2.铝和钢的搅拌摩擦焊

当对铝合金和不锈钢进行焊接时，我们通常采用搅拌摩擦焊[4]的方式提高焊接的质量。大量的实验表面，当异种金属焊接过程中处于低转速的情况下，如果不能保证温度增长的速度，就会造成焊接接头的烧坏；而在高转速下，金属又会快速燃烧，也不能很好的保证金属的性能。铝和钢在焊接过程中未来保证良好的焊缝强度与接头形态，通常采用摩擦搅拌焊，这种方法在异种金属焊接中的使用率很高，具有节约能源、时间的优点，所需的能量与温度较低，保证了异种金属良好的形态，但是其焊接效率还仍需进一步提高，相关的研究与工艺也不太成熟。

3.钎焊

近年来，相关研究人员对铝合金与不锈钢的焊接工艺做出了研究，利用钎焊工艺方法降低了异种金属焊接过程中焊缝的化合物的产生。实验表明采用钎焊工艺方法进行焊接能防止铝、铁原子的扩散，根据钢和铝的熔点差异，利用铜与焊缝交界面产生的A1Cu有效的提高了焊缝的裁剪性能，很好的结合并利用了钎焊与熔焊的特点。

近年来，钎焊形式一电弧焊形式的焊接方法也广为传用，钎焊形式一电弧焊方法的原理是利用电源对钢以及铝进行加热，并将铝基焊丝接头进行融化，同时保证钢母材的固态状态。钎焊形式一电弧焊方法实现了熔焊方法的结合，具有很高的灵活性，并且不会造成能源的浪费，是一种高效的高温焊接方式。利用钎焊形式一电弧焊方法进行异种金属的焊接时，很大程度的缩短了钎焊接头在高温下的处理时间，抑制了母材产生较大晶粒，保证了焊接后金属外观的流畅与美观，具有较好的自动化性能，很大地提高了异种金属焊接的质量。