聂全根

摘要：不锈钢与钛合金异种金属焊接广泛应用于化工设备及航空航天等领域。由于两种材料性能存在差异，焊接过程中存在较多技术难点。本文针对不锈钢与钛合金异种金属的焊接方法，未来发展方向与前景进行分析和探讨。

关键词：不锈钢;钛合金;异种金属;焊接技术

前言

近年来，异种金属焊接技术在工业领域占据着十分重要的地位，异种金属焊接将多种材料性能集于一身被应用到化工、航空和核工业等诸多领域。钛合金具有强度高、腐蚀性能好、较低的密度，广泛应用于化工，航空航天方面，但由于成本较高、焊接性能和加工性能较差使用受到限制。不锈钢材料成本较低，耐腐蚀性能好、加工性能和焊接性能优异。因此加强不锈钢与钛合金异种金属焊接的研究，利用不同金属的特殊性能、物尽其用，减轻结构重量和降低制造成本，充分发挥两种材料的优势，实现更加强劲的材料性能。在实际工程应用中具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

1、不锈钢、钛合金材料性能特点及焊接性

1.1不锈钢材料性能特点

不锈钢材料最大的性能特点是不容易生锈。不锈钢材料在实际使用中具有防锈的特性，同时它对一些强酸，强碱也有一定的耐腐蚀性。不锈钢之所以具备不锈性以及一定的耐腐蚀性，主要是因为在不锈钢材料的表面会形成一层钝化膜，使得不锈钢在强酸，强碱以及空气中不容易被腐蚀和生锈。不锈钢表面的这层钝化膜主要是由于不锈钢中含有大量的铬元素，这种铬元素含量越多，不锈钢的防锈性就越好。不锈钢材料外观漂亮，闪烁着金属光泽，在实际使用中不容易被损坏，而且价格相对便宜，所以被广泛应用于餐具、化工、食品、国防等领域。是我国工程领域发展必不可少的一种材料。

1.2钛合金材料性能特点

钛合金材料是由多种金属元素组成的一种合金，在钛合金内的主要的元素就是钛元素。由于钛元素的熔点非常的高，并且在不同的温度下具有不同的结构，所以添加不同含量的钛元素会得到不同品质的钛合金材料。在实际应用过程中，钛合金的强度非常高，与不锈钢材料一样具有很好的耐腐蚀性，但与不锈钢不同的是，钛合金的耐热性也十分的高，所以能广泛应用于各种工程领域。此外，钛合金材料的结构组织十分的稳定，且具有非常强的抗氧化能力，在极高的温度下仍然可以保持高强度的特性。因此广泛应用于工程建设领域。

1.3不锈钢与钛合金焊接性分析

由于不锈钢与钛合金理化性能存在差异，目前而言不锈钢與钛合金异种金属焊接存在较多技术难点。首先，两种材料在线膨胀系数、热导率等性能上存在巨大差异。两者在具体焊接过程中由于材料的变形能力不同，将造成焊接接头形成较大的残余应力。由于钛的化学活性强，在焊接过程中容易与氧、氮和氢元素发生反应，产生脆性化合物，降低材料性能。其次，铁在钛中的溶解度较小，焊接高温使铁与钛之间发生强烈的扩散作用，从而使焊缝形成大量脆硬金属间化合物。此外，焊缝中的钛元素还易与不锈钢基体中的碳、铬、镍形成TiC、TiCr2、TiNi、TiNi2、TiNi3等多种金属间化合物，造成焊缝脆性增加，使焊接接头力学性能下降。因此，要获得性能优良的不锈钢与钛合金焊接接头，必须采取合适的焊接方法与工艺，从而降低焊接接头内应力和界面脆性相的形成。

2、不锈钢与钛合金异种金属焊接应用

在焊接要求较高的领域，可以采用不锈钢与钛合金异种金属焊接。例如在航空航天领域，经常使用不锈钢与钛合金异种金属焊接技术。此外，一些精密仪器的焊接，也使用不锈钢与钛合金异种金属焊接的方式。由于异种金属焊接有着其独特的优势，所以我们应该加强异种金属焊接技术的研究，加强异种金属焊接的实际应用。异种金属焊接今后的研究重心将偏向新焊材的研制、接头抗腐蚀性能的提高等，现代先进的计算机检测和模拟将成为未来主要的研究应用方向。

3、不锈钢与钛合金异种金属焊接存在问题及解决方法

3.1不锈钢与钛合金焊接过程中存在的问题

对于不锈钢及钛合金的异种金属焊接过程中存在一些难以克服的问题，在一定程度上阻碍了我国异种金属焊接技术的发展。不锈钢与钛合金异种金属焊接过程中存在的主要问题如下。首先，异种金属焊接后，由于高温环境的影响，容易在熔合线两侧形成渗碳层和脱碳层区域，导致焊接区域的金属性能发生很大变化，大大降低了焊接区域的使用寿命。另外，钛合金与不锈钢的异种金属焊接过程中，容易导致焊接部位两侧金属成分的明显差异，导致两侧化学成分不够均匀，使两侧材料具有不同的性能，很大程度降低了材料在后期使用中的利用率。

3.2 不锈钢与钛合金异种金属焊接方法

目前，用于不锈钢与钛合金异种金属焊接的方法主要包括激光焊、电子束焊、爆炸焊、钎焊和摩擦焊等，采用合适焊接方法与焊接工艺在一定程度上可以改善异种金属焊缝性能。

3.2.1激光焊接

为了解决不锈钢与钛合金焊接技术存在的问题，可以选择合适的焊接方法。其中激光焊能较好的满足此类材料的焊接。这种焊接方法与传统的焊接方法相比。可以进一步提高焊缝连接处的质量，并在一定程度上可提高焊接过程中的生产效率。此外，在进行激光焊接的过程中，焊接方式具有良好的灵活性，可以克服焊接过程中存在的熔合不好等问题，并且可以精确地控制各种金属材料的熔合比，在实际的焊接过程中激光焊接经常用于精密仪器的焊接。

3.2.2电子束焊接

为了进一步提高不锈钢与钛合金的焊缝质量，可以利用电子束焊的方法进行焊接。将需要焊接的焊接件放在真空的环境中。然后利用高速运动的电子束产生的热量进行焊接件的焊接。这种焊接方式能够进一步加快焊接件的冷却速度，并且在实际的焊接过程中具有良好的可控性，能够对焊接的尺寸进行相应的控制，并且还能够确定不同焊接材料的融合比例，所以电子束焊接是异种金属焊接常见的一种焊接方法，具有广泛的应用意义。

3.2.3摩擦焊接

摩擦焊是一种固相连接方法，在异种金属焊接中具有广泛的应用，对不锈钢与钛合金的焊接也有较多的应用。摩擦焊焊件通过焊后热处理可减轻应变硬化和残余应力对接头的影响。在摩擦焊中，合适的转速和推进速度是焊缝性能良好的保障，相互接触是形成接头的必要条件。界面化合物层较薄，一些化合物呈碎片状分布，不锈钢被挤压进塑性的钛合金中形成互锁的结构，均有利于接头强度的提高。因此，采用摩擦焊接方法可以提高不锈钢与钛合金焊接接头的综合力学性能。

4、不锈钢与钛合金异种金属焊接现状及发展

4.1不锈钢与钛合金异种金属焊接现状

近几十年来，世界各国都加强了对不锈钢和钛合金焊接技术及焊接工艺的研究。异种焊接方法得到飞快的发展。随着焊接要求的提高，实现了激光焊接和一些电子束焊接。在一些特殊的生产区域，一些特殊用途钢和合金异种焊接方法也得到了快速的发展。国外学者对异种金属的焊接技术进行了较为广泛的研究，并将其应用于电子、汽车等高科技领域。然而，我国在有色金属及异种合金的焊接研究方面还存在一些不足，因此加强这方面的技术研究显得十分有必要。

4.2不锈钢与钛合金异种金属焊接发展方向

随着人类对焊接技術深入的研究，异种金属焊接的未来发展已经有了更加明确的方向。我们需将异种金属焊接技术更加广泛应用于各领域。所以在今后的研究过程中，应加强以下几个方面的研究：

（1）、新型焊接材料的开发。为了解决异种金属焊接过程中遇到的问题，需要加强新型焊接材料的开发，进一步克服焊接材料差异引起的焊接不稳定。在一定程度上提高了焊件的稳定性。减少焊接过程中碳元素的迁移，从而达到更理想的焊接效果。

（2）、在今后的焊接研究过程中，需要进一步加强对焊接接头耐蚀性的研究。对于一些化工和石油行业，焊接接头的腐蚀性能要求相对较高。为了解决焊接接头腐蚀问题，需要进一步提高焊接接头的稳定性，加强结构的稳定性。因此，对焊接接头的研究也是未来金属焊接技术的主要发展方向之一。

（3）、加强高新科技技术以及计算机技术在焊接领域的应用，加强在焊接的过程中对焊接相关性能指标的测试，进一步提升焊接部位的应力模拟，形成大量的数据参考库。为今后的焊接技术发展提供更加科学的参考依据。

结束语

随着我国科学技术的快速发展，钛合金已被越来越多的行业所使用，并渗透到社会生产生活的各个方面。不锈钢与钛合金的焊接技术不断发展和更新，焊接工艺和焊接方法也取得了重大进展。虽然不锈钢与钛合金的焊接技术还存在着一些技术瓶颈，但随着焊接技术的不断提高和焊接方法的不断更新，不锈钢与钛合金的焊接工艺也在不断改进。随着人类对不锈钢与钛合金理化性能的进一步了解，焊接工艺的不断完善，焊接中出现的问题也越来越少。不锈钢与钛合金的焊接技术也在不断发展与完善中。

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