Aus strukturellen, anwendungsbezogenen oder wirtschaftlichen Gründen müssen viele Branchen unterschiedliche Metallwerkstoffe verbinden. Durch die Kombination verschiedener Metalle ist es möglich, die besten Eigenschaften jedes Metalls besser zu nutzen. Daher muss der Schweißer vor Beginn eines Schweißvorgangs die Eigenschaften jedes Materials ermitteln, darunter den Schmelzpunkt des Metalls, die Wärmeausdehnung usw. Anschließend wird das Schweißverfahren entsprechend den Materialeigenschaften ausgewählt.
Beim Schweißen unterschiedlicher Metalle werden zwei oder mehr unterschiedliche Materialien (unterschiedliche in chemischer Zusammensetzung, metallurgischer Organisation oder Eigenschaften usw.) unter bestimmten Prozessbedingungen geschweißt. Beim Schweißen unterschiedlicher Metalle ist das Schweißen unterschiedlicher Stähle am häufigsten, gefolgt vom Schweißen unterschiedlicher Nichteisenmetalle. Beim Schweißen unterschiedlicher Metalle entsteht eine Übergangsschicht mit anderen Eigenschaften als das Grundmaterial. Aufgrund der erheblichen Unterschiede in den Elementareigenschaften, physikalischen Eigenschaften und chemischen Eigenschaften unterschiedlicher Metalle ist das Schweißen unterschiedlicher Materialien technisch viel komplexer als das Schweißen unterschiedlicher Materialien.
Welche Probleme gibt es beim Schweißen unterschiedlicher Metalle?
1. Je größer der Unterschied im Schmelzpunkt unterschiedlicher Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.
Dies liegt daran, dass der niedrige Schmelzpunkt des Materials den Schmelzzustand erreicht, der hohe Schmelzpunkt des Materials jedoch noch in einem festen Zustand ist, wenn das geschmolzene Material leicht in die Korngrenzen der überhitzten Zone eindringen kann, was zu Verlusten führen kann Bei Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt verbrennen oder verdampfen Legierungselemente, was das Schweißen der Verbindung erschwert. Beispielsweise können sich beim Schweißen von Eisen und Blei (Schmelzpunktunterschied) nicht nur die beiden Materialien im festen Zustand gegenseitig nicht auflösen, sondern auch im flüssigen Zustand können sie sich nicht gegenseitig auflösen, das flüssige Metall verteilt sich in Schichten und nach dem Abkühlen erfolgt jeweils eine separate Kristallisation.
2. Je größer der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.
Je größer der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials ist, desto größer ist die Wärmeausdehnungsrate, desto größer ist die Schrumpfung beim Abkühlen und die Kristallisation des Schmelzbades führt zu einer großen Schweißspannung. Diese Schweißspannung lässt sich nicht einfach beseitigen, das Ergebnis ist eine große Schweißverformung. Da das Material auf beiden Seiten der Schweißnaht unterschiedlichen Spannungszuständen ausgesetzt ist, kann es leicht zu Rissen in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone bis hin zum Ablösen von Schweißgut und Grundwerkstoff kommen.
3. Je größer der Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität unterschiedlicher Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.
Die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität des Materials verschlechtern die Kristallisationsbedingungen des Schweißmetalls, die Körner werden stark vergröbert und beeinträchtigen die Benetzungseigenschaften von Refraktärmetallen. Daher sollte zum Schweißen eine starke Wärmequelle ausgewählt werden. Der Standort der Wärmequelle sollte beim Schweißen auf die Seite des Grundmaterials mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgerichtet sein.
4. Je größer der Unterschied zwischen den elektromagnetischen Eigenschaften unterschiedlicher Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.
Denn je größer der Unterschied im Elektromagnetismus des Materials ist, desto instabiler ist der Schweißlichtbogen und desto schlechter ist die Schweißung.
5. Je mehr intermetallische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Materialien entstehen, desto schwieriger ist das Schweißen.
Da intermetallische Verbindungen eine größere Sprödigkeit aufweisen, kommt es leicht zu Rissen und sogar Brüchen in der Schweißnaht.
6. Je stärker die Oxidation unterschiedlicher Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.
Beim Schweißen von Kupfer und Aluminium mit der Schmelzschweißmethode kommt es sehr leicht zur Bildung von Kupfer- und Aluminiumoxiden im Schmelzbad. Bei der Abkühlungskristallisation kann das Vorhandensein von Oxiden an den Korngrenzen dazu führen, dass die interkristalline Bindungskraft verringert wird.
7. Beim Schweißen unterschiedlicher Materialien ist es schwierig, die Anforderungen an die gleiche Festigkeit zwischen der Schweißnaht und den beiden Grundmetallen zu erfüllen.
Dies ist auf den niedrigen Schmelzpunkt der Metallelemente zurückzuführen, die beim Schweißen leicht verbrennen und verdampfen, was zu Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Schweißnaht führt und die mechanischen Eigenschaften verringert, insbesondere beim Schweißen unterschiedlicher Nichteisenmetalle, die erheblicher sind.
Die Anwendung der Laserschweißtechnologie zum Schweißen unterschiedlicher Metalle
1. Laserschweißen von Kupfer und Stahl
Das Schweißen von Kupfer und Stahl ist typisch für das Schweißen unterschiedlicher Materialien. Der Schmelzpunkt, die Wärmeleitfähigkeit, der Längenausdehnungskoeffizient und die mechanischen Eigenschaften von Kupfer und Stahl sind sehr unterschiedlich, was dem direkten Schweißen von Kupfer und Stahl nicht förderlich ist. Das Laserschweißen von Kupfer und Stahl hat sich aufgrund der Vorteile einer hohen Wärmeenergiedichte, einer geringen Menge an geschmolzenem Metall, einer schmalen Wärmeeinflusszone, einer hohen Verbindungsqualität und einer hohen Produktivität des Laserschweißens zum aktuellen Entwicklungstrend entwickelt. Allerdings ist die Absorptionsrate von Kupfer für die meisten industriellen Anwendungen relativ gering und Kupfer ist außerdem anfällig für Defekte wie Oxidation, Porosität und Rissbildung während des Schweißprozesses. Basierend auf dem Multimode-Laserverfahren soll das Laserschweißen von Kupfer und Stahl unterschiedlicher Metalle weiterentwickelt werden.
2. Laserschweißen von Aluminium und Stahl
Unterschiedlicher Schmelzpunkt von Aluminium und Stahl, leicht zu formende Metallteile aus unterschiedlichen Materialien und Aluminium, eine Stahllegierung mit hohem Reflexionsvermögen und hohen Wärmeleitfähigkeitseigenschaften. Es ist schwierig, im Schweißprozess ein Schlüsselloch zu bilden, und das Schweißen erfordert eine hohe Energiedichte . Experimente ergaben, dass durch die Steuerung der Laserenergie und der Materialeinwirkungszeit die Dicke der Grenzflächenreaktionsschicht verringert und die Erzeugung von Zwischenphasen wirksam gesteuert werden kann.
3. Laserschweißen von Magnesiumaluminium und Magnesiumaluminiumlegierungen
Aluminium und seine Legierungen zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine hohe spezifische Festigkeit, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und weitere Vorteile aus. Magnesium ist leichter als Aluminium, ein Nichteisenmetall, weist außerdem eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit sowie eine gute seismische Kapazität auf. Das Hauptproblem beim Schweißen von Magnesium und Aluminium besteht darin, dass das Grundmaterial selbst sehr leicht oxidiert, der Wärmeübergangskoeffizient hoch ist, leicht Risse und Poren und andere Schweißfehler entstehen und sehr leicht intermetallische Verbindungen hergestellt werden können, was die mechanischen Eigenschaften erheblich verringert Schweißverbindungen.
