钢中的铁、锰、铬、镍等元素在液态下能够与铝混合,形成有限固溶体,也会形成金属间化合物,钢中的碳也能与铝形成化合物,但在固态下彼此几乎不相溶。铝和铁在不同含量之间,可形成多种脆性的金属间化合物,其中FeAls脆。对钢与铝的熔接接头的力学性能,包括显微硬度都有明显的影响。另外,由于钢、铝及其合金的热物理性能差别也很大,因此使钢与铝的焊接性变差。
焊接材料一一要选择含硅量少的纯铝焊丝,可获得成形的接头。不宜用含镁焊丝(LFS),因它会强烈促进金属间化合物的增长,不了焊缝接头的强度。焊接方法——焊接时,工件与焊丝、钨极的相对位置。为防钢表面覆层过早烧损,焊道焊缝时,焊接电弧要始终保持在填充金属上面;以后各道焊缝焊接,电弧应保持在填充焊丝和已成形焊缝上,这样可避免电弧直接作用于镀层上。另外使电弧沿铝侧表面移动而铝焊丝沿钢侧移动,使液态铝漫流到复合镀层的钢的坡口表面,也可使镀层不能过早烧损和失去作用。
焊接规范——钢和铝的氩弧焊使用交流电源,一是撞击氧化膜并使其破碎,还能清除熔池表面的氧化膜,使熔化的焊缝金属得到良好的熔合,焊接电流大小根据焊件厚度来选择,一般板厚在3mm时,焊接电流为110~130A;6~8mm时,焊接电流为130~160A;9~10mm时,焊接电流为180~200A。
由于钢的熔点比铝及铝合金的熔点高得多,当铝及铝合金完全熔化时,钢仍处于固态,此时铝及铝合金熔化后表面会形成一层熔点很高的氧化物(Al2O3), 直接妨碍与钢的熔合,并且铝及其合金中铁的含量达到1.8%时,会形成硬而脆的Al + FeAl3共晶体,随着铁含量的增加和温度升高,不可避免地产生脆性的金属化合物,而大大降低了铝及铝合金的塑性,使焊缝变脆。所以采用熔焊的方法无法使钢与铝及铝合金可靠焊接在一起,通常可以采用摩擦焊和楔焊方法进行钢与铝及铝合金的焊接。
摩擦焊是使受摩擦的铝及铝合金,在局部很小的体积内受热至熔化,与此同时通过加压顶锻,将钢形成的很小一点金属间化合物,从对接处被挤出来与钢很好地焊接起来。
楔焊是将钢焊件加工成尖锐的楔形,在固态共晶温度(520~ 570℃)下,通过压力的作用,将钢焊件压人较软的铝及其合金的焊件中,使接触处铝的氧化膜被破碎掉,从而形成具有一定强度的接头。
由于与硬质合金相焊的基体材料一般是碳素钢,硬质合金与之相比具有较小的热膨胀系数和较低的热导率,因此焊接时容易出现:焊接裂纹、焊缝脆化、气孔夹渣及氧化等问题。
在其他条件一定的情况下,提高电弧电压,电弧功率相应增加,焊件输入的热量有所增加。但是电弧电压增加是通过增加电弧长来实现的,电弧长度增加使得电弧热源半径增大,电弧散热增加,输入焊件的能量密度减小,因此熔深略有减小而熔深增大。同时,由于焊接电流不变,焊丝的熔化量基本不变,使得焊缝余高减小。
焊缝熔深与焊接电流有关,也与材料的导热性能和容积热容有关。
材料的导热性能越好、容积热容越大,则熔化单位体积金属及升高同样的温度所需的热量也就越多,因此在焊接电流等其他条件一定的情况下,熔深和熔宽就减小。
材料的密度或液体粘度越大,则电弧对液体熔池金属的排开越困难,熔深也越浅。焊件的厚度影响焊件内部热量的传导,其他条件相同时,焊件厚度增加,散热加大,熔宽和熔深都减小。