異種金属とは、異なる元素の金属 (アルミニウム、銅など)、または同じ基本金属 (炭素鋼、ステンレス鋼など) から形成され、物理的性質などの冶金学的特性に大きな違いがある特定の合金を指します。母材、溶加材、溶接金属として使用できます。
異種材料の溶接とは、特定のプロセス条件下で 2 つ以上の異なる材料 (異なる化学組成、金属組織、特性などを指します) を溶接するプロセスを指します。異種金属の溶接の中で最も一般的なのは異種鋼の溶接で、次いで異種非鉄金属の溶接、鋼と非鉄金属の溶接が続きます。
接合形状の観点から見ると、2 つの異なる金属母材を使用した接合、同じ母材で異なる溶加材を使用した接合 (オーステナイト系溶接材料を使用して中炭素焼入れ焼戻し鋼を溶接する接合など) の 3 つの基本的な状況が存在します。など）、複合金属板の溶接継手など。
異種材料溶接とは、2 つの異なる金属を溶接すると、母材とは異なる性質や構造を持つ遷移層が必然的に生成されます。異種金属は元素特性、物理的特性、化学的特性などに大きな違いがあるため、同種材料の溶接に比べて、溶接機構や操作技術の点で非常に複雑になります。 。
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異種材料の溶接に存在する主な問題は次のとおりです。
1. 異種材料の融点の差が大きいほど、溶接は難しくなります。
これは、低融点の材料が溶融状態に達しても、高融点の材料はまだ固体状態であるためである。このとき、溶融した材料は過熱領域の粒界に容易に侵入し、低融点材料の損失や合金元素の燃焼または蒸発を引き起こします。溶接継手を溶接しにくくします。たとえば、鉄と鉛（融点が大きく異なる）を溶接する場合、2 つの材料は固体状態で互いに溶解しないだけでなく、液体状態でも互いに溶解できません。液体金属は層状に分布し、冷却後に別々に結晶化します。
2. 異種材料の線膨張係数の差が大きいほど、溶接は困難になります。
線膨張係数が大きい材料は、熱膨張率が大きくなり、冷却時の収縮が大きくなるため、溶融池が結晶化する際に大きな溶接応力が発生します。この溶接応力は除去するのが難しく、溶接変形が大きくなります。溶接部の両側の材料の応力状態が異なるため、溶接部や熱影響部に亀裂が発生しやすく、さらには溶接金属が母材から剥離することもあります。
3. 異種材料の熱伝導率や比熱の差が大きいほど、溶接は難しくなります。
材料の熱伝導率と比熱容量は、溶接金属の結晶化状態を悪化させ、結晶粒を著しく粗大化し、高融点金属の濡れ性能に影響を与えます。したがって、溶接には強力な熱源を使用する必要があります。溶接時の熱源の位置は熱伝導率の良い母材側にしてください。
4. 異種材料間の電磁差が大きいほど、溶接は難しくなります。
材料間の電磁気の差が大きいほど、溶接アークが不安定になり、溶接が悪化するためです。
5. 異種材料間で形成される金属間化合物が増えるほど、溶接は難しくなります。
金属間化合物は比較的脆いため、溶接部に亀裂や破損を容易に引き起こす可能性があります。
6. 異種材料の溶接工程では、溶接部の金属組織の変化や新たに形成された組織により溶接継手の性能が低下し、溶接に大きな困難をもたらします。
接合融着部と熱影響部の機械的特性は劣っており、特にプラスチックの靭性が大幅に低下します。接合部の塑性靱性の低下と溶接応力の存在により、異種材料の溶接接合部では亀裂が発生しやすくなり、特に溶接熱影響部で亀裂が発生したり破損したりする可能性が高くなります。
7. 異種材料の酸化が強ければ強いほど、溶接は難しくなります。
たとえば、銅とアルミニウムを溶融溶接する場合、溶融池中に銅とアルミニウムの酸化物が容易に形成されます。冷却および結晶化中に、粒界に存在する酸化物により粒子間の結合力が低下する可能性があります。
8. 異種材料を溶接する場合、溶接シームと 2 つの母材が同等の強度の要件を満たすことは困難です。
これは、融点の低い金属元素は溶接中に燃えやすく、蒸発しやすいためであり、特に異種の非鉄金属を溶接する場合、溶接部の化学組成が変化し、機械的特性が低下します。
投稿日時: 2023 年 12 月 28 日
