铜—钢异种金属材料的焊接工艺

铜—钢异种金属材料的焊接工艺

徐银杰  

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摘要：随着工业发展和技术进步，越来越多的应用需要将不同类型的金属材料进行焊接，以满足特定的工程需求。其中，铜和钢是常见的异种金属组合，其焊接工艺的研究和应用具有重要的实际意义。本文探讨了铜—钢异种金属材料的焊接的意义，并介绍相关的焊接策略，期望能够为相关行业的工程师和研究人员提供有益的指导。

关键词：铜；异种金属；焊接

引言：铜和钢作为广泛应用于工业领域的两种常见金属材料，在不同的应用场景中展现出独特的性能和特点。然而，由于铜和钢之间的化学成分差异和熔点差异，将这两种材料进行焊接成为一项具有挑战性的任务。在过去的研究中，焊接铜—钢异种金属材料一直是一个备受关注的课题。近年来，随着工业制造的不断发展和创新，对于铜—钢异种金属材料焊接工艺的研究和应用也变得越来越重要。

一、铜—钢异种金属材料的焊接的意义

铜和钢的性能互补，将铜—钢异种金属焊接能够实现两种材料的优势互补，得到既具有良好导电导热性能又具备高强度和耐腐蚀性的接头，这种材料可以满足一些特殊应用的需求，如电力设备中需要高导电性和散热性能的连接件。铜—钢异种金属焊接广泛应用于各个行业，如电力、航空航天、汽车、海洋工程等。在电力领域，铜—钢异种金属焊接技术可用于制造导线、电缆和电器连接件，提供高效的电力传输。在航空航天领域，铜—钢异种金属焊接可用于制造航空发动机、机翼结构和航天器件，满足航空航天设备对强度、重量和耐腐蚀性的要求。

铜—钢异种金属焊接能有效地利用不同金属材料的优点，降低材料成本，并减少资源的浪费。相比于使用单一材料制造产品，铜—钢异种金属焊接可以在满足要求的前提下选择更经济、更适合特定用途的材料组合，降低制造成本。此外，铜—钢异种金属焊接技术还可以实现对损坏或磨损部件的修复和再利用，延长产品的使用寿命。对于一些大型设备和机械结构，采用铜—钢异种金属焊接有利于减少维修和更换成本，提高资源利用效率。

二、铜—钢异种金属材料的焊接策略

1.做好焊接前的准备工作

在进行铜—钢异种金属焊接之前，需要进行充分的准备工作，以确保焊接接头的质量和可靠性。要对焊接接头的表面进行清洁和处理，可以使用化学清洗、机械刮擦、喷砂等方法进行表面处理，去除氧化物、油污和其他杂质，以提高焊接接头的质量和焊接性能。要选择合适的铜和钢材料，确保两者之间具有一定的互溶性和相容性，根据具体的应用需求选择合适的铜合金和钢材料，考虑其化学成分、熔点和力学性能等因素。还要注意选择适当的焊接材料，如焊条、焊丝或焊剂等焊接材料，保证焊接材料与铜和钢材料之间具有良好的相容性和焊接性能，实现铜—钢材料的可靠连接。

2.焊接参数的选择和控制

热输入是指焊接过程中向接头输入的热量。对于铜—钢异种金属焊接，应选择适当的热输入，以避免过度加热或热输入不足。过度加热可能导致熔深过大以及热影响区过大，而热输入不足则会导致焊缝的强度和可靠性下降。进行焊接时要根据焊接材料和焊接方法的不同，选择适当的焊接电流和电压参数。通过调节焊接电流和电压，可以控制熔化温度和焊接速度，以实现合适的焊缝形成。焊接速度对焊接接头的质量和性能有重要影响，过快的焊接速度会导致焊缝质量下降，而过慢的焊接速度可能引起热影响区过大。因此，需要在实际焊接过程中根据材料的特性和焊接要求选择合适的焊接速度。在某些焊接方法中，如气体保护电弧焊，保护气体的选择和控制对焊接接头的质量和可靠性至关重要。适当的气体保护可以防止焊接接头与大气中的氧、氮等发生反应，保证焊接接头的气密性和耐腐蚀性。

3.选择合适的焊接方法

电弧焊接是一种常用的焊接方法，主要包括手工电弧焊和气体保护电弧焊两种形式，适用于铜—钢异种金属焊接。手工电弧焊是一种灵活便捷的焊接方法，适用于小型和简单的焊接任务。在铜—钢异种金属焊接中，可以选择适当的焊接材料和电流参数，控制熔化温度和热输入，以确保焊接接头的质量和性能。气体保护电弧焊使用惰性气体（如氩气）作为保护气体，防止熔融金属与大气中的氧、氮等发生反应。这种焊接方法能够提供高质量的焊缝，具有良好的气密性和耐腐蚀性。在铜—钢异种金属焊接中，气体保护电弧焊常用于需要较高焊缝质量的应用，如航空航天和核能领域。

摩擦焊接是一种利用机械摩擦热和压力来实现金属焊接的方法。在铜—钢异种金属焊接中，可以采用摩擦焊接来实现接头的连接。摩擦搅拌焊接通过机械摩擦和搅拌的方式将金属材料熔化并连接在一起，该方法不需要额外的填充材料，能够实现材料的高效连接，形成均匀的焊缝。在铜—钢异种金属焊接中，摩擦搅拌焊接可以实现铜—钢的强固连接，并且避免了传统焊接方法中可能出现的熔化温度差异和化学反应问题。

4.焊接后的质量控制

外观检查是最基本的焊接接头质量控制方法之一。在检查时目视观察焊接接头的外观，检查焊缝的完整性、焊渣和气孔等缺陷的存在与否，焊缝应该均匀、连续，无裂纹、气孔和未熔透等缺陷。外观检查能够直观地评估焊接接头的质量，并及时发现并修复潜在的问题。合理的金相组织结构对于焊接接头的强度和韧性至关重要。金相组织观察是通过使用金相显微镜等设备观察焊接接头的显微组织结构和相容性，评估焊接接头的质量。金相组织观察可以检测焊接区域的晶粒结构、相变、晶粒大小和分布等信息。腐蚀性能测试用于评估焊接接头的耐腐蚀性能，将焊接接头暴露在不同的腐蚀介质中，如酸、盐水或气候模拟环境中，观察焊接接头的腐蚀情况。腐蚀性能测试能够评估焊接接头的耐蚀性和防护性能，以确定焊接接头是否能够在特定的工作环境中长期稳定运行。

结束语

铜—钢异种金属材料的焊接工艺不仅对于满足工业制造的需求具有重要意义，还有助于推动材料科学和焊接技术的发展。通过克服焊接过程中的挑战，并不断改进焊接工艺，可以实现铜—钢异种金属材料的可靠焊接，拓展材料应用的领域，并为工业制造带来更多的创新和进步。

参考文献：

[1]方溱.异种金属材料物理性质对焊接的影响[J].中国金属通报,2022,(10):138-140.

[2]李亮,盖力民,王旭.铝与钢异种金属材料焊接的发展[J].焊接技术,2021,(10):1-7.

[3]孙洋,蒲红旭.异种金属焊接问题及焊接工艺探讨[J].世界有色金属,2020,(10):204-205.

[4]花雷生.浅析异种金属材料物理性质对焊接的影响[J].中国高新技术企业,2016,(08):61-62.