一、异种金属焊接存在的问题

异种金属焊接中存在的一些固有问题阻碍了其发展，如异种金属焊接区的构成和性能、异种金属焊接结构的破坏多半发生在焊接区，由于靠近焊接区各级的焊接的晶体特征不同，又容易形成性能差、成分变化的过渡层。

另外，由于处于高温的时间较长，因此该区域的扩散层扩大，金属的不均匀性进一步增加。另外，在异种金属焊接时或焊接后进行热处理或高温运转后，经常会出现低合金侧的碳通过焊接边界在高合金焊接中“移动”的现象，分别在熔接线的两侧形成脱碳层和增碳层，在低合金侧的母材上形成脱碳层，在高合金焊接侧形成增碳层。

异种金属结构的使用阻碍和防止和发展主要表现在以下几个方面：

1.在室温下，异种金属焊接接头区域如拉伸、冲击、弯曲的机械性能通常优于被焊接母材的性能，但在高温下或高温下长期运行后，接头区域的性能劣于母材。

2.在奥氏体焊接与珠光体母材之间存在马氏体过渡区，该区韧性相对较低，为高硬度脆性层，是引起构件破坏的脆弱区，降低焊接结构的使用可靠性。

3.通过焊接后的热处理或高温运转中的碳移动，在焊接线的两侧分别形成增碳层和脱碳层。一般认为，由于碳的减少，脱碳层在该地区的组织、性能发生很大的变化（一般为劣化），因此该地区在兵役中容易早期失效。许多服役中的高温管线和试验中高温管线的故障部位集中在脱碳层。

4.故障与时间、温度、交流应力等条件有关。

5.焊接后的热处理不能消除接头区域的残余应力分布。

6.化学成分的不均匀性。

异种金属焊接时，由于焊道两侧金属与焊道合金成分存在明显差异，焊接过程中母材与焊材均熔融互混合，混合均匀度随焊接工艺变化而变化，且焊道不同位置、混合均匀度也有较大差异这导致焊缝化学成分的不均匀性。

7.金相组织的不均匀性。

由于焊接接头化学成分的不连续，在经过焊接热循环后，焊接接头各区域往往出现不同的组织，部分区域往往出现极为复杂的组织结构。

8.性能的不连续性。

焊接接头化学成分和金相组织的差异导致焊接接头机械性能的差异。沿焊接接头各区域在强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、持久性能上存在较大差异。由于这种显著的不均匀性，在焊接接头的不同区域相同的条件下，表现出的行为大相径庭，出现弱化区域和强化区域，特别是在高温条件下，异种金属焊接接头往往在服役期间提前失效。

二、不同焊接方法焊接异种金属时的特点

许多焊接方法可用于异种金属的焊接，但在选择焊接方法和制定技术措施时，必须考虑异种金属焊接时的特点。根据母材和焊接接头的不同要求，焊接、压接及其它焊接方法应用于异种金属焊接，但各有优缺点。

1.焊接

异种金属焊接中常用的是焊接方法，常用的焊接方法有焊条弧焊、埋弧焊、气体保护弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。为了减少稀释、降低熔接比或控制不同金属母材的熔融量，通常可以选择热源能量密度高的电子束焊接、激光焊接、等离子电弧焊接等方法。为了减小熔深，可采取附加间接电弧、摆动导线、带状电极、不通导线等技术措施。但是，无论如何，如果是焊接，则母材的一部分熔融到焊缝中而引起稀释，另外，还形成金属间化合物、共晶体等。为了减轻这样的不良影响，必须控制并缩短金属在液体或高温固体状态下的滞留时间。

然而，尽管焊接方法和技术措施不断改进和完善，但仍难以解决所有异种金属焊接时的问题。金属种类繁多，性能要求多种多样，接头形式各不相同，多数情况下需要采用压接或其焊接方法解决特定异种金属接头的焊接问题。

2.压接

大多数压接方法的基本特点是只需将焊接好的金属加热到塑性状态或不加热，就施加一定的压力。与焊接相比，焊接异种金属接头时压接具有一定的优势，只要接头形式允许，焊接质量可以满足要求，采用压接往往是比较合理的选择。在压接的情况下，异种金属界面可以熔融，也可以不熔融，但由于有压力的作用，即使表面存在熔融金属，也被挤出而排出（闪光焊接或摩擦焊接等）。压接后熔融的金属（点焊等）很少残留。

由于压接不加热或加热温度低，因此可以减轻或避免热循环对母材金属性能的不良影响，防止脆性金属间化合物的产生。也有压接形式，所述压接形式可以将所制备的金属间化合物从接头挤出。另外，也没有压接时由于稀释而引起的焊接金属的性能变化的问题。

但大部分压接方法对接头形式有一定要求，如点焊、缝焊、超声波焊接必须使用搭接接头，摩擦焊接时至少有一个工件必须具有回转体截面，爆炸焊接仅适用于大面积连接等。压接设备至今尚未普及。这些无疑都限制了压接的应用范围。

3.其他方法

除了熔融焊接和压接之外，还有可用于异种金属焊接的方法。例如，钎焊是钎料与母材的异种金属焊接方法，这里讨论的是比较特殊的钎焊方法。

有焊接异种金属接头中的低熔点母材侧，对高熔点母材-侧进行钎焊的方法。另外，通常将与低熔点母材相同的金属作为钎料。因此，钎料与低熔点母材之间是同种金属的焊接过程，没有特别困难。钎料与高熔点母材之间为钎焊过程，母材不发生熔化、结晶，可避免许多焊接性问题，但要求钎料对母材良好润湿。

另一种方法称为共晶钎焊或共晶扩散钎焊。这是将异种金属接触面加热到一定温度，两种金属在接触面上形成低熔点的共晶体，在该温度下成为液状，成为实质上不施加钎料的钎焊方法。当然，这需要在两种金属之间形成低熔点的共晶体。在异种金属扩散焊接时加入中间层材料，在非常低的压力下加热使中间层材料熔融，或与被焊接金属接触形成低熔点共晶体。此时形成的薄层液体经过一定时间的保温过程，通过使中间层材料全部扩散到母材中而均匀化，可以形成没有中间材料的异种金属接头。这种方法会在焊接过程中产生少量液态金属。因此，也被称为液相过渡焊接，他们的共同特征是接头不存在铸造组织。

三、扩散焊接异种金属注意事项

1.考虑焊接件的物理、力学性质和化学成分

（1）从等强度的观点出发，选择满足母材力学性能的焊条，或者结合母材的焊接可能性，变更为非等强度，选择焊接性好的焊条，但考虑焊缝的结构形式，满足等强度、等刚性要求。

（2）使该合金成分适合或接近母材。

（3）当母材含C、S、P的有害杂质较高时，应选择耐裂纹性能和耐气孔性能较好的焊条。建议选择氧化钛钙型焊条。如果不能解决，可以选择低氢钠型焊条。

2.考虑扩散焊接件的工作条件和使用性能

（1）承受动载荷和冲击载荷时，除保证强度外，对冲击韧性、伸长率有较高要求，应一次性选用低氢型、钛钙型和氧化铁型焊条。

（2）接触腐蚀介质时，应根据介质的种类、浓度、工作温度以及是普通服装还是晶间腐蚀等，选择合适的不锈钢焊条。

（3）在磨损条件下工作时，应区分是一般磨损还是冲击磨损，还是在常温高温下磨损。

（4）在非常温度条件下工作时，应选择保证相应低温或高温力学性能的焊条。

3.考虑扩散焊接件的集合形状复杂度、刚度大小、焊接破口制造情况和焊接位置。

（1）形状复杂或大厚度的焊接件，焊接金属在冷却时收缩应力大，容易产生裂纹，因此应选择低氢型焊条、高韧性焊条或氧化铁型焊条等耐裂纹性能强的焊条。

（2）根据条件不能翻转的焊接件，必须选择可全位置焊接的焊条。

（3）焊接部位难以清理的焊接件，应选择氧化性强、对氧化皮膜和油污不敏感的酸性焊条，以免产生气孔等缺陷。

4.考虑扩散焊接施工现场设备

在没有直流焊机的地方，不应选择限制直流电源的焊条，而应选择交叉直流电源的焊条。有些钢材如珠光体耐热钢，焊接后必须消除热应力，但由于设备条件的限制（或自身结构的限制），有时不能进行热处理。必须改为非母材金属材料焊条（奥氏体不锈钢等），无需焊后热处理。

5.考虑扩散焊接工艺的改进和工人的健康保护

在酸性焊条和碱性焊条都能满足要求的地方，应尽量采用酸性焊条。

6.考虑劳动生产率和经济合理性

在使用性能相同的情况下，不使用碱性焊条，在酸性焊条中以钛型、钛钙型为高价，应根据我国矿产资源情况，大力推广钛铁型药皮焊条。