异种金属材料物理性质对焊接的影响分析

（武威职业学院，甘肃 武威 733000）

异种金属材料焊接指的是不同金属材质的两种或者两种以上的金属材料焊接，如铜、铝材料、铝和铝合金材料的焊接等。随着合金材料技术的发展，合金材料因物理性质较单一金属材料性质更加优越而应用越来越广泛，出现了同种金属不同材质的焊接，也属于异种金属材料焊接范畴，如钢材的16Mn和Q235材料的焊接[1]。

异种金属材料焊接受焊接材料物理性质影响较大，导致常出现焊接缺陷、焊接质量降低等问题出现。本文以异种金属材料的焊接为研究对象，重点分析材料的物理性质对焊接质量的影响。

1 常见的异种金属材料物理性质对焊接的影响

1.1 金属材料熔点的影响

金属材料在焊接过程中必须要将两种或者两种以上的金属材料熔化，因此，若需要焊接的多种金属元素之间的熔点差异较小，不同金属材料之间的焊接就可以较简易的完成，一般不同金属材料之间的熔点差小于100℃时，都可以较轻松的完成。但是，在实际焊接过程中，常遇到不同金属材料之间的熔点差大于100℃的现象，此时就会导致熔点较低的金属材料已经被熔化呈液体，而熔点高的金属材料因未能达到其熔点而未能熔化，使得二者焊接处无法很好的融合。此外，高熔点的金属材料在焊接过程中会出现凝固收缩等现象，导致部分固结的金属形成压力，进而使得焊接部位出现裂缝，影响焊接质量。

1.2 金属材料的导热率和比热容的影响

一般来说，金属材料具有较高的导热率和比热容，不同的金属材料之间的导热率和比热容差异较大。在异种金属材料焊接过程中若二者的导热率和比热容相差不大时，不会出现热输不均匀等问题，可以完成高质量的焊接成果。但是，常用的异种金属材料之间的导热率和比热容差异较大，造成焊接过程中不同金属材料的热输不平衡，导致焊接中金属熔化不均匀，常伴随出现焊接裂缝等缺陷[2]。此外，这种受热差异可能导致焊接材料两侧的结晶结构发生改变，进而引起金属材料物理性质的变化。焊接过程中比热容较高的金属材料更易受热，在冷却过程中也更易迅速冷却而出现淬硬现象，降低焊接质量；导热率较低的金属材料因导热速率低，使得焊接过程中受热不均匀而出现部分材料过热问题。

1.3 金属材料线膨胀系数的影响

金属材料的线膨胀系数也是金属材料的固有属性，不同金属材料之间的线性膨胀系数差异较大。因此，在异种金属材料焊接过程中可能因不同材料线性膨胀系数差异较大而导致收缩、冷却时间差异较大，造成焊接应力变化较大，极易出现焊接裂缝等缺陷。通常不同金属材料的线性膨胀系数差异越小，焊接难度显著较低；线性膨胀系数差异越大，焊接难度显著增加，且在焊接过程中因出现很大的热应力而导致焊接裂缝等缺陷的出现，甚至是焊接母体与焊接接头脱离。

1.4 磁场作用的影响

磁场作用对焊接质量的影响主要表现为磁性不同的异种金属材料的焊接上，与所选用的焊接方法有着密切的联系。常见的直流电弧、电子束等焊接方法，在磁性差异较大的异种金属材料焊接中可能因为磁场的不同而导致电弧偏吹、电子束偏离金属固定的轴线等现象，使得电流向金属磁体的另一侧偏离，引起焊接金属熔化量显著增大，金属熔化程度加剧或造成磁性弱的金属材料不能融合而出现焊接裂缝等缺陷。

2 异种金属材料相溶性差异的影响

异种金属材料之间能否顺利完成焊接主要取决于焊接材料的相溶性特征，即不同金属元素之间的相互作用。在冶金工艺上，对于不同金属材料在不熔化的条件下就可以形成固态相溶体的金属材料就可以进行焊接工作，这就要求需要焊接的异种金属材料必需满足：一是不同金属材料的晶格类型相匹配，如都为立方体晶格类型等，就可以更好的相溶；二是不同金属材料的原子半径相近，原子半径相近的金属元素一般具有相似的物理性质，容易进行焊接；三是异种金属元素在周期表中的位置相对靠近，其物理性质差异小，物理习性差异小，容易完成焊接。因此，在异种金属材料焊接过程中，若不同金属材料满足上述3点基本要求，则相溶后的新型金属固体常称为“无限制固溶体”；若满足上述两种或者一种基本要求，则不同金属元素材料之间的相溶性较差，形成的固溶体常称为“有限制固溶体”[3]。因此，对于可以形成“有限制固溶体”的异种金属材料焊接来说，在焊接过程中可能析出其他固溶体而形成金属化合物，虽然增加了焊接部位的硬度，但是也显著的增加了金属化合物的脆性，降低了焊接质量。异种金属材料在焊接过程中还可能出现下述现象，即不同的金属材料无论是在液体状态下还是固体状态下都不能发生熔解，也不能形成相应的金属化合物，而是在液体状态下根据金属元素的比重出现分层结晶，使得焊接不能进行。若必需对上述金属材料进行焊接，就必须选取与上述金属材料都有相溶性的金属材料进行焊接，即以过渡层的方式实现焊接目的。

3 结语

综上所述，异种金属材料在焊接过程中因自身的物理化学习性差异而出现焊接缺陷或者不能焊接现象，如不同金属元素之间的熔点、比热容、导热率、磁性、线性膨胀系数等均是影响焊接质量的主要物理影响因素。因此，在焊接过程中，要选择物理习性相近，熔点、比热容、导热率、磁性、线性膨胀系数等差异相近的材料进行焊接，可以有效的提高异种金属材料的焊接质量。此外，不同金属元素之间的相溶性也是影响异种金属材料焊接质量的影响因素，在焊接过程中要根据材质的不同而选择不同的焊接工艺，才能实现良好的焊接效果。