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        關(guān)于異種金屬焊接問題分析及焊接工藝探討

        2021-11-30 03:06:05
        中國金屬通報 2021年14期
        關(guān)鍵詞:焊縫

        邵 慧

        (錦西工業(yè)學(xué)校,遼寧 葫蘆島 125000)

        目前,我國金屬焊接、加工工作并不是一帆風(fēng)順的,其中蘊(yùn)含著大量的問題需要解決,一部分焊接事故甚至造成了工作人員的生命、財產(chǎn)損失,需要工程師、技術(shù)人員、科學(xué)家對金屬焊接工作進(jìn)行全方位研究,得出更加安全、高效的焊接方式,保證產(chǎn)品既能夠滿足工程建設(shè)的需求,還能夠確保生產(chǎn)加工工作中的安全性和穩(wěn)定性,給予企業(yè)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。因此,在開展金屬焊接工作中,技術(shù)人員需要不斷提升自身的工作能力、設(shè)備操作技術(shù)、安全意識等,力求能夠提升異種金屬的焊接質(zhì)量。

        1 異種金屬焊接的基本特征

        異種金屬焊接在我國已經(jīng)具備相當(dāng)長的發(fā)展歷史,且焊接之后的金屬已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,其中最為常見的一種便是鋼與鋁合金,鋼是當(dāng)下工程建設(shè)、加制造行業(yè)中廣泛使用的金屬材料之一,而鋁合金的單位重量較低,具有極強(qiáng)的可塑性,耐腐蝕效果理想。鋁合金與鋼連接的方式有二:

        (1)粘貼方式,依賴于粘貼連接的兩種金屬,雙方的粘貼強(qiáng)度有限,難以滿足高強(qiáng)度的焊接需求,粘貼方式連接的使用情況在生產(chǎn)加工中并不常見。

        (2)機(jī)械連接,這種連接方式能夠有效提升金屬連接的穩(wěn)定性、強(qiáng)度,但是兩種金屬連接的氣密性并不能把握。并且以上兩種連接方式大都會留下或多或少的痕跡,影響后續(xù)使用的便捷性與美觀性。

        根據(jù)上文的研究能夠看出,焊接是當(dāng)下較為常見的連接手段之一,并且結(jié)合鋼和鋁合金的物理性能,明確二者的差異,可見焊接過程中具有較大難度,二者的焊接特征如下。

        1.1 焊接熔點(diǎn)特征。

        異種金屬指的是不同材質(zhì)的金屬,他們的熔點(diǎn)也存在一定差異。鋁合金材料的熔點(diǎn)較低,而鋼的熔點(diǎn)較高,在焊接的過程中能夠發(fā)現(xiàn),鋁合金已經(jīng)完全融合的情況下,鋼還未出現(xiàn)明顯變化。兩種物質(zhì)的熔點(diǎn)差異勢必會影響焊接的整體進(jìn)程,出現(xiàn)材料融化效果不同、焊接質(zhì)量問題。

        1.2 焊接密度特征

        結(jié)合上文中案例,金屬的密度不同,受到不同溫度的影響變化成為液體之后仍舊會產(chǎn)生較大的變化。鋼的密度大于鋁合金,在鋁合金受熱變化成為液體之后,鋼水的密度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁水。如果二者同時融化,則會穿鋁水在鋼水上方漂浮的現(xiàn)象。由于兩種金屬的密度不同,在焊接過程中極易出現(xiàn)金屬之間融合不均衡的現(xiàn)象,導(dǎo)致金屬接頭位置的焊接效果不理想。

        1.3 熱導(dǎo)率特征

        鋁合金與鋼之間的導(dǎo)熱效果不同,受到溫度影響之后出現(xiàn)的膨脹效果也有所差異。這種情況會直接導(dǎo)致二者焊接之后出現(xiàn)焊接接頭位置變形現(xiàn)象,一旦變形的程度較深,則會出現(xiàn)不同程度的裂縫,輕則影響焊接加工的整體效果,重則直接威脅原材料的生產(chǎn)加工質(zhì)量。

        2 異種金屬焊接的常見技術(shù)問題

        首先,異種金屬焊接的過程中極易出現(xiàn)雜質(zhì),也就是說,在兩種金屬焊接的過程中,其中一個焊接母材上會出現(xiàn)一層薄薄的氧化膜。氧化膜出現(xiàn)在兩種金屬之間形成了“有形的屏障”影響二者融合的速度。氧化膜隨著焊接時間的延長而變厚,更加制約了兩種金屬融合的進(jìn)程。與此同時,金屬熔池表面也會出現(xiàn)氧化反應(yīng),隨著金屬熔池整體溫度的升高而逐漸增多,這種現(xiàn)象會影響金屬液體的融合速度,最終在凝固之后的金屬中成為雜質(zhì),影響金屬焊接的整體質(zhì)量。

        其次,在焊接接頭位置,極易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。裂縫生成的主要原因有熱裂紋、冷裂紋兩種。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因便是焊接過程中的應(yīng)力作用,熱裂紋產(chǎn)生的主要原因便是焊接金屬自身材質(zhì)問題,一部分純澳氏體組織產(chǎn)生裂紋的比重較高,在針對這類金屬焊接的過程中需要分析金屬中的各項(xiàng)化學(xué)物質(zhì)含量,判斷其中是否存在較多計量的未結(jié)晶低熔點(diǎn)共晶體液膜。

        然后,在金屬焊接的過程中需要重視碳遷移,這種現(xiàn)象也是金屬焊接工作中常見的慶魁昂之一。碳遷移現(xiàn)象出現(xiàn)之后直接制約高溫機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作,甚至影響機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的化學(xué)構(gòu)成水平,更為嚴(yán)重的 則是不同溫度環(huán)境下焊接的金屬會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,失去原本的性能和作用,縮短了異種金屬焊接的使用時間。

        最后,由于不同金屬產(chǎn)品的性能、參數(shù)、化學(xué)物質(zhì)含量存在差異,在焊接過程中接頭位置也會出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。在正式開始焊接之前需要詳細(xì)分析金屬的可塑性、耐高溫性、剛度等等,都需要技術(shù)人員對其進(jìn)行詳細(xì)分析和計算。一旦這環(huán)節(jié)中缺少必要的計算和指標(biāo)分析,極易出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題、焊接接頭處不平穩(wěn)的現(xiàn)象,影響金屬制品的整體質(zhì)量與美觀程度。

        3 鋁和鋼焊接的相關(guān)方法與問題

        3.1 鋁和鋼的壓焊

        鋁鋼復(fù)合板的制作一般采用的是滾焊和爆炸復(fù)合的制作方式。通過一部分學(xué)者的研究能夠看出,純鋁和純鋼焊接之后能夠形成金屬密度較高的化合物,化合物的材料十分堅硬。為了有效提升鋁合金與鋼板之間的接觸面積。技術(shù)人員可選擇的方式便是輪壓法,能夠加速金屬之間的熱量傳遞。在鋁合金、鋼的焊接過程中,F(xiàn)eAI 是金屬問脆性物質(zhì)層的主要成分。如果金屬問化合物層的厚度小于101ma 時,那么被處理的樣品就會斷裂。鋁合金、鋼的焊接還能夠加大二者焊接過程中的熱傳導(dǎo)速度,利用輪壓式的焊接方式也能夠提升金屬延展度。利用激光壓力焊接鍍鋅鋼和純鋁,根據(jù)壓力的不同會出現(xiàn)不同的情況,當(dāng)壓輪的壓力大于1.96kN,激光功率≤1400W 的時候,接頭的強(qiáng)度就會變高。在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時,需要明確在高溫作用下兩種材料是否會產(chǎn)生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點(diǎn)不同,在焊接過程中也極易出現(xiàn)高溫變形的情況,而后產(chǎn)生強(qiáng)度較大的化合物。

        3.2 鋁和鋼的攪拌摩擦焊

        使用攪拌摩擦的方式焊接兩種金屬的方式也被眾多專家學(xué)者引用。并且通過學(xué)者的實(shí)驗(yàn)說明能夠看護(hù),焊縫溫度在進(jìn)入轉(zhuǎn)數(shù)較低的環(huán)境中國,極易誘發(fā)設(shè)備的焊接接頭故障。而將焊縫溫度放置在較高轉(zhuǎn)數(shù)的環(huán)境中,鎂就會在高溫的刺激下出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,焊接結(jié)束之后也難以獲得良好的信箱。在實(shí)驗(yàn)過程中,常常采用摩擦攪拌焊的方法,這是一種固相焊接的主要方法,在異種金屬焊接中非常常見。攪拌摩擦焊接的方式能夠有效節(jié)約設(shè)備使用過程中的能源消耗,即便是焊接時間較短。焊接溫度較低的情況下,也不會出現(xiàn)設(shè)備性能變化、金屬的參數(shù)變化等。這一攪拌方式可在我國臨床診療中加以利用,但是其存在的問題能夠在后續(xù)工作中進(jìn)行調(diào)整,并且結(jié)合現(xiàn)階段的使用情況、消費(fèi)者需求等研究和創(chuàng)新出全新的發(fā)展模式。

        3.3 釬焊

        一部分專家和學(xué)者研究了鋁合金與鋼的焊接方式,將鎳作為釬料,銅作為過渡層,借助焊縫的組織與力學(xué)特性的相關(guān)理論因素,研究焊接的不同方式,力求能夠降低焊接工作中的異?,F(xiàn)象。在以上問題研究過程中,逐一分解焊縫的工藝內(nèi)容、運(yùn)行方式能夠看出焊縫母材中并未出現(xiàn)氧化反應(yīng)、金屬化合物等。在一定程度上能夠判定,利用釬料能夠有效降低鋁鐵中蘊(yùn)含的原子??梢?,因?yàn)樵诤缚p與銅界面上生成了少量的AICu,但是這一現(xiàn)象并未降低焊縫的抗剪力墻能力。

        與此同時,電弧焊也是當(dāng)下較為流行的方式之一,這一加熱模式則是利用電源作為原動力,加熱鋁與鋼以及鋁基焊絲填充接頭。此時,被加熱的物質(zhì)處于融化狀態(tài),也就是熔焊結(jié)合。這種焊接形式的優(yōu)勢作用十分明顯,能夠最大限度節(jié)約焊接過程中消耗的資源,且這一方式的使用較為靈活便捷,整體效率十分可觀。這種焊接方式中焊接頭高溫狀態(tài)下停留在金屬中的時間較短,在焊接之后也不會出現(xiàn)接頭較大晶體的現(xiàn)象。利用這種模式焊接具備良好的美觀性以及焊接工作自動化特點(diǎn)。

        4 異種金屬焊接工藝對策

        在異種金屬正式實(shí)施焊接加工之前,需要明確兩種金屬之間的差異性,主要是物理特定中的密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱能力等。在異種金屬焊接前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備,針對兩種金屬的特點(diǎn)選擇適宜的焊接方式,保證金屬焊接質(zhì)量無誤。

        4.1 分析焊接材料

        異種金屬焊接,顧名思義就是將兩種材質(zhì)不同的金屬焊接在一起,在焊接之前需充分考慮金屬的物理特點(diǎn)、化學(xué)特點(diǎn)等,分析兩種金屬的性能,而后考慮兩種不同金屬焊接之后可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象,根據(jù)分析結(jié)果選擇適宜的焊接材料和工具。例如,當(dāng)異種金屬焊接之后接頭處并不明顯,可以選擇倒韌塑性相對較高的材料。

        4.2 選擇科學(xué)的焊接方式

        在異種金屬焊接之前,需要選擇有效的焊接方式,根據(jù)金屬的基本特征判定焊接方式,其標(biāo)準(zhǔn)為能夠滿足焊接性、工藝焊接性兩個方面的內(nèi)容。

        例如,在焊接鋁合金、鋼兩種不同硬度的金屬材料時,需要明確在高溫作用下兩種材料是否會產(chǎn)生高硬度的化合物。并且鋁合金和鋼之間的物理特點(diǎn)不同,在焊接過程中也極易出現(xiàn)高溫變形的情況,而后產(chǎn)生強(qiáng)度較大的化合物。這樣一來,異種金屬焊接后得到的物質(zhì)復(fù)合型也會下降。針對這種情況,可以選擇輪壓式的焊接方法,既能夠提升二者之間的接觸力度,還能夠加大二者焊接過程中的熱傳導(dǎo)速度,利用輪壓式的焊接方式也能夠提升金屬延展度。在此基礎(chǔ)上還可以根據(jù)焊接材質(zhì)的差異,選擇激光焊壓的方法,通過調(diào)節(jié)其功率便能夠滿足不同金屬的焊接需求。

        4.3 甄別焊接工藝

        焊接工作準(zhǔn)備的最后一步,便是選擇適宜的焊接工藝,能夠保證金屬焊接位置的質(zhì)量。異種金屬焊接中需要合理選擇焊接的工藝參數(shù),保證焊接接頭的工藝質(zhì)量。其中工藝參數(shù)中包含著焊接使用的電壓與電流、焊接兩種金屬的直徑面積、焊接需要花費(fèi)的時間等,有效選擇和調(diào)節(jié)焊接參數(shù),能夠發(fā)現(xiàn)不同焊接參數(shù)影響下的焊接效果也有所差異。例如,加大焊接電流能夠?qū)е聝煞N金屬內(nèi)部的熱量水平逐漸提升,并且隨著熱量加大,對焊接的整體效果也存在影響。

        4.4 焊接養(yǎng)護(hù)工作

        金屬焊接之前需要做好設(shè)備、金屬自身的預(yù)熱工作,避免焊接過程中短時間內(nèi)金屬的溫度大幅度變化,出現(xiàn)淬火裂紋,影響金屬焊接的整體質(zhì)量。在預(yù)熱階段,需要對金屬的導(dǎo)熱性能進(jìn)行全方位的研究,并且計算金屬的具體參數(shù),以及焊接之后的合金需求等。

        在金屬焊接之后,需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)金屬的溫度,為了提升兩種金屬接頭區(qū)域的焊接效果,降低焊接之后對金屬產(chǎn)生的應(yīng)力,避免金屬出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。在焊接之后需要在金屬存儲的區(qū)域中適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度,避免溫度驟然上升和下降,造成金屬焊接節(jié)點(diǎn)處裂縫現(xiàn)象,保證整體焊接效果優(yōu)良。

        近年來,隨著我國科學(xué)技術(shù)水平逐漸提升,在生產(chǎn)加工工作中研發(fā)并且使用了大量新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝,這對我國的生產(chǎn)加工行業(yè)具有極強(qiáng)的推動和引導(dǎo)作用,但是對工程原材料、構(gòu)建的質(zhì)量也提出了更高的要求。在工程建設(shè)中不論使用何種材料,都不能夠一勞永逸的滿足不同建設(shè)的需求。為了保障生產(chǎn)加工、工程建設(shè)的需求,技術(shù)人員將不同的材料進(jìn)行二次加工,將不同材料的性能最大化發(fā)揮出來,一部分材料經(jīng)過加工還能夠代替一部分重金屬,降低了工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)中成本投入,有效提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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