一、異種金屬焊接存在的問題

異種金屬焊接中存在的一些固有問題阻礙了其發(fā)展，如異種金屬焊接區(qū)的構(gòu)成和性能、異種金屬焊接結(jié)構(gòu)的破壞多半發(fā)生在焊接區(qū)，由于靠近焊接區(qū)各級的焊接的晶體特征不同，又容易形成性能差、成分變化的過渡層。

另外，由于處于高溫的時間較長，因此該區(qū)域的擴(kuò)散層擴(kuò)大，金屬的不均勻性進(jìn)一步增加。另外，在異種金屬焊接時或焊接后進(jìn)行熱處理或高溫運(yùn)轉(zhuǎn)后，經(jīng)常會出現(xiàn)低合金側(cè)的碳通過焊接邊界在高合金焊接中“移動”的現(xiàn)象，分別在熔接線的兩側(cè)形成脫碳層和增碳層，在低合金側(cè)的母材上形成脫碳層，在高合金焊接側(cè)形成增碳層。

異種金屬結(jié)構(gòu)的使用阻礙和防止和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.在室溫下，異種金屬焊接接頭區(qū)域如拉伸、沖擊、彎曲的機(jī)械性能通常優(yōu)于被焊接母材的性能，但在高溫下或高溫下長期運(yùn)行后，接頭區(qū)域的性能劣于母材。

2.在奧氏體焊接與珠光體母材之間存在馬氏體過渡區(qū)，該區(qū)韌性相對較低，為高硬度脆性層，是引起構(gòu)件破壞的脆弱區(qū)，降低焊接結(jié)構(gòu)的使用可靠性。

3.通過焊接后的熱處理或高溫運(yùn)轉(zhuǎn)中的碳移動，在焊接線的兩側(cè)分別形成增碳層和脫碳層。一般認(rèn)為，由于碳的減少，脫碳層在該地區(qū)的組織、性能發(fā)生很大的變化（一般為劣化），因此該地區(qū)在兵役中容易早期失效。許多服役中的高溫管線和試驗中高溫管線的故障部位集中在脫碳層。

4.故障與時間、溫度、交流應(yīng)力等條件有關(guān)。

5.焊接后的熱處理不能消除接頭區(qū)域的殘余應(yīng)力分布。

6.化學(xué)成分的不均勻性。

異種金屬焊接時，由于焊道兩側(cè)金屬與焊道合金成分存在明顯差異，焊接過程中母材與焊材均熔融互混合，混合均勻度隨焊接工藝變化而變化，且焊道不同位置、混合均勻度也有較大差異這導(dǎo)致焊縫化學(xué)成分的不均勻性。

7.金相組織的不均勻性。

由于焊接接頭化學(xué)成分的不連續(xù)，在經(jīng)過焊接熱循環(huán)后，焊接接頭各區(qū)域往往出現(xiàn)不同的組織，部分區(qū)域往往出現(xiàn)極為復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。

8.性能的不連續(xù)性。

焊接接頭化學(xué)成分和金相組織的差異導(dǎo)致焊接接頭機(jī)械性能的差異。沿焊接接頭各區(qū)域在強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、沖擊性能、高溫蠕變、持久性能上存在較大差異。由于這種顯著的不均勻性，在焊接接頭的不同區(qū)域相同的條件下，表現(xiàn)出的行為大相徑庭，出現(xiàn)弱化區(qū)域和強(qiáng)化區(qū)域，特別是在高溫條件下，異種金屬焊接接頭往往在服役期間提前失效。

二、不同焊接方法焊接異種金屬時的特點

許多焊接方法可用于異種金屬的焊接，但在選擇焊接方法和制定技術(shù)措施時，必須考慮異種金屬焊接時的特點。根據(jù)母材和焊接接頭的不同要求，焊接、壓接及其它焊接方法應(yīng)用于異種金屬焊接，但各有優(yōu)缺點。

1.焊接

異種金屬焊接中常用的是焊接方法，常用的焊接方法有焊條弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。為了減少稀釋、降低熔接比或控制不同金屬母材的熔融量，通?？梢赃x擇熱源能量密度高的電子束焊接、激光焊接、等離子電弧焊接等方法。為了減小熔深，可采取附加間接電弧、擺動導(dǎo)線、帶狀電極、不通導(dǎo)線等技術(shù)措施。但是，無論如何，如果是焊接，則母材的一部分熔融到焊縫中而引起稀釋，另外，還形成金屬間化合物、共晶體等。為了減輕這樣的不良影響，必須控制并縮短金屬在液體或高溫固體狀態(tài)下的滯留時間。

然而，盡管焊接方法和技術(shù)措施不斷改進(jìn)和完善，但仍難以解決所有異種金屬焊接時的問題。金屬種類繁多，性能要求多種多樣，接頭形式各不相同，多數(shù)情況下需要采用壓接或其焊接方法解決特定異種金屬接頭的焊接問題。

2.壓接

大多數(shù)壓接方法的基本特點是只需將焊接好的金屬加熱到塑性狀態(tài)或不加熱，就施加一定的壓力。與焊接相比，焊接異種金屬接頭時壓接具有一定的優(yōu)勢，只要接頭形式允許，焊接質(zhì)量可以滿足要求，采用壓接往往是比較合理的選擇。在壓接的情況下，異種金屬界面可以熔融，也可以不熔融，但由于有壓力的作用，即使表面存在熔融金屬，也被擠出而排出（閃光焊接或摩擦焊接等）。壓接后熔融的金屬（點焊等）很少殘留。

由于壓接不加熱或加熱溫度低，因此可以減輕或避免熱循環(huán)對母材金屬性能的不良影響，防止脆性金屬間化合物的產(chǎn)生。也有壓接形式，所述壓接形式可以將所制備的金屬間化合物從接頭擠出。另外，也沒有壓接時由于稀釋而引起的焊接金屬的性能變化的問題。

但大部分壓接方法對接頭形式有一定要求，如點焊、縫焊、超聲波焊接必須使用搭接接頭，摩擦焊接時至少有一個工件必須具有回轉(zhuǎn)體截面，爆炸焊接僅適用于大面積連接等。壓接設(shè)備至今尚未普及。這些無疑都限制了壓接的應(yīng)用范圍。

3.其他方法

除了熔融焊接和壓接之外，還有可用于異種金屬焊接的方法。例如，釬焊是釬料與母材的異種金屬焊接方法，這里討論的是比較特殊的釬焊方法。

有焊接異種金屬接頭中的低熔點母材側(cè)，對高熔點母材-側(cè)進(jìn)行釬焊的方法。另外，通常將與低熔點母材相同的金屬作為釬料。因此，釬料與低熔點母材之間是同種金屬的焊接過程，沒有特別困難。釬料與高熔點母材之間為釬焊過程，母材不發(fā)生熔化、結(jié)晶，可避免許多焊接性問題，但要求釬料對母材良好潤濕。

另一種方法稱為共晶釬焊或共晶擴(kuò)散釬焊。這是將異種金屬接觸面加熱到一定溫度，兩種金屬在接觸面上形成低熔點的共晶體，在該溫度下成為液狀，成為實質(zhì)上不施加釬料的釬焊方法。當(dāng)然，這需要在兩種金屬之間形成低熔點的共晶體。在異種金屬擴(kuò)散焊接時加入中間層材料，在非常低的壓力下加熱使中間層材料熔融，或與被焊接金屬接觸形成低熔點共晶體。此時形成的薄層液體經(jīng)過一定時間的保溫過程，通過使中間層材料全部擴(kuò)散到母材中而均勻化，可以形成沒有中間材料的異種金屬接頭。這種方法會在焊接過程中產(chǎn)生少量液態(tài)金屬。因此，也被稱為液相過渡焊接，他們的共同特征是接頭不存在鑄造組織。

三、擴(kuò)散焊接異種金屬注意事項

1.考慮焊接件的物理、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成分

（1）從等強(qiáng)度的觀點出發(fā)，選擇滿足母材力學(xué)性能的焊條，或者結(jié)合母材的焊接可能性，變更為非等強(qiáng)度，選擇焊接性好的焊條，但考慮焊縫的結(jié)構(gòu)形式，滿足等強(qiáng)度、等剛性要求。

（2）使該合金成分適合或接近母材。

（3）當(dāng)母材含C、S、P的有害雜質(zhì)較高時，應(yīng)選擇耐裂紋性能和耐氣孔性能較好的焊條。建議選擇氧化鈦鈣型焊條。如果不能解決，可以選擇低氫鈉型焊條。

2.考慮擴(kuò)散焊接件的工作條件和使用性能

（1）承受動載荷和沖擊載荷時，除保證強(qiáng)度外，對沖擊韌性、伸長率有較高要求，應(yīng)一次性選用低氫型、鈦鈣型和氧化鐵型焊條。

（2）接觸腐蝕介質(zhì)時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的種類、濃度、工作溫度以及是普通服裝還是晶間腐蝕等，選擇合適的不銹鋼焊條。

（3）在磨損條件下工作時，應(yīng)區(qū)分是一般磨損還是沖擊磨損，還是在常溫高溫下磨損。

（4）在非常溫度條件下工作時，應(yīng)選擇保證相應(yīng)低溫或高溫力學(xué)性能的焊條。

3.考慮擴(kuò)散焊接件的集合形狀復(fù)雜度、剛度大小、焊接破口制造情況和焊接位置。

（1）形狀復(fù)雜或大厚度的焊接件，焊接金屬在冷卻時收縮應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)選擇低氫型焊條、高韌性焊條或氧化鐵型焊條等耐裂紋性能強(qiáng)的焊條。

（2）根據(jù)條件不能翻轉(zhuǎn)的焊接件，必須選擇可全位置焊接的焊條。

（3）焊接部位難以清理的焊接件，應(yīng)選擇氧化性強(qiáng)、對氧化皮膜和油污不敏感的酸性焊條，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。

4.考慮擴(kuò)散焊接施工現(xiàn)場設(shè)備

在沒有直流焊機(jī)的地方，不應(yīng)選擇限制直流電源的焊條，而應(yīng)選擇交叉直流電源的焊條。有些鋼材如珠光體耐熱鋼，焊接后必須消除熱應(yīng)力，但由于設(shè)備條件的限制（或自身結(jié)構(gòu)的限制），有時不能進(jìn)行熱處理。必須改為非母材金屬材料焊條（奧氏體不銹鋼等），無需焊后熱處理。

5.考慮擴(kuò)散焊接工藝的改進(jìn)和工人的健康保護(hù)

在酸性焊條和堿性焊條都能滿足要求的地方，應(yīng)盡量采用酸性焊條。

6.考慮勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)合理性

在使用性能相同的情況下，不使用堿性焊條，在酸性焊條中以鈦型、鈦鈣型為高價，應(yīng)根據(jù)我國礦產(chǎn)資源情況，大力推廣鈦鐵型藥皮焊條。