SciTech-Modeling 工艺: 异种金属(例如 钢和铝)焊接 + 等离子喷涂 | 热喷涂技术

异种金属(例如 钢和铝)焊接

已经有市售的“异种焊料/焊剂(类似焊丝、钎料)”.

我们这里说的钢是一个泛概念，可以是指通俗说的铁（熟铁），也可以指不锈钢。

异种金属激光焊接的应用

Laser Welding of Dissimilar Metals: The Ultimate Guide

“激光技术”在“异种材料焊接”的应用在各个行业随处可见:

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异种金属激光焊接常见问题及解答

1. 激光焊接异种金属之间的最大间隙是多少？
   
   激光焊接时异种金属的最大间隙为材料厚度的10%.
2. 是否可以将不同厚度的异种金属焊接在一起？
   
   是可以；但要评估焊接工艺参数、激光功率、焊接速度等。
3. 使用激光焊接焊接异种材料时面临哪些常见挑战？
   
   常见挑战包括: 产生脆性金属间化合物、热膨胀系数 和 熔点 的变化。

激光焊接与其他方法的区别一览

在连接异种金属时，激光焊接与其他方法对比。

Features	Laser Welding	Friction Welding	Ultrasonic Welding	Butt Welding
热量输入	低	中上	中上	中上
精密且准确	高	高	高	高
接合强度	高	高	中	高
变形	最小	最小	最小	最小
速度	高	中上	中	中
材料相容性	多功能	多功能	受材料类型限制	多功能
焊后处理	最小	最小	最小	最小

激光焊接异种金属的 7 个技巧

为成功焊接异种金属，下面提供一些基本技巧：

1. 异种相容性: 考虑热导率、熔点及异种金属部件的物理和化学性能有关的其他因素。
2. 表面处理: 重要。确保表面清洁, 并去除任何涂层和污染物 以有更好的无缺陷结果。
3. 金属性能和工艺参数: 考虑设计接头时要均匀分布热量并减少开裂的风险。
4. 热传导: 焊接过程必须全程监控热传导, 避免产生脆性金属间化合物。
5. 填充材料: 应与两种金属兼容实现良好的连接。
6. 预热异金: 由于异种金属熔点和导热系数不同, 因此需要分析; 必要时必须预热。
7. 选择焊接类型 例如，异种金属焊接, 脉冲焊接和混合焊接是有益的，
   
   因为它们可以更好地控制热输入，有助于最大限度地降低缺陷风险。

铝与钢 的简易钎焊用Q303B钎料

• 铝与钢 能不能够焊接，如果能够焊接的话，怎么焊？
  
  实际上, 在特定条件和一些非特殊需求的情况下是可以焊接的！

  • 管接: 做套接处理以后焊接时完全没问题的;
  • 角接: 或者两板重叠焊接, 在紧密配合的情况下也是可以焊接的:
  • 板接: 一块铁板，一块铝板，要平面对接焊可不可以？
    
    薄板: 薄铝板与薄钢板, 平面对接焊接，可能在抗剪切力上不足，
    
    厚板: 厚铝板与厚铁板, 平面对接焊接, 可以通过专用设备焊接。

• 异种金属(例如铝与钢)常用的焊接工艺:
  
  每种工艺都有其长短，与适用场景。

  • 钎焊: 在紧密配合的情况, 钎料体现出很好的效果；易用、成本低、成熟。
  • 熔焊: 综合性能好过钎焊；比如抗拉和剪切强度上; 条件多, 成本和工艺要求高。
  • 背铸(NDB): 一种整体"无缝焊接"连接方式，可使焊接连接面“无缝”。
    
    不同于以往的钎焊会有一定比率的缝隙, 会导致受热不均, 影响热传导。
    
    而背铸(NBD)的产品, 散热速度快且均匀, 使用寿命更长。
  • 激光焊 Laser Welding
  • 摩擦焊 Friction Welding
  • 超声波焊 Ultrasonic Welding
  • 对焊 Butt Welding

• 如何异种焊接铝与钢？
  
  已经有市售的多种“异种焊料/焊剂(类似焊丝、钎料)”.
  
  例如, Q303B钎料是焊接温度为400度的一种软钎焊料, 可解决铝与钢的焊接。
  
  铝和钢的异种焊接方法：焊接方式可用“低温钎焊(焊料可用市售Q303B)”

  1. 表面清洁: 如有必要的可做打磨处理;
  2. 将焊接处配合紧密(10道左右)
  3. 预热+钎焊(推荐使用6孔液化气喷枪):
     • 预热: 以薄件为例: 加热钢侧为主, 到400摄氏度(可适当高, 但是不能低)。
     • 钎焊: 焊丝于焊接处尽量垂直角度下料, 用喷枪燎1-2秒, 瞬间熔成。
  4. 清理: 用不锈钢小刷刷拭表面残留，用清水清洗即可.

等离子喷涂 | 热喷涂

热喷涂是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并用一定速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。

普通材料的表面上, 喷涂一特殊工作表面，使其: 防腐、耐磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等功能。

热喷涂具有用材广泛、设备轻便、工艺灵活、操作程序少、可快捷修复、适应性强、涂层厚度可控等优点，适用各种基体材料的零部件、几乎可在所有的固体材料表面上制备各种防护性涂层和功能性涂层, 已广泛应用于石油化工、航空航天、交通、造纸和机械等领域。

热喷涂主要有以下几种技术路线：

火焰喷涂

火焰喷涂是使用火焰喷枪，将涂料或油漆通过加热的方式在工件表面进行涂装的一种方法。

火焰喷涂有施工方便、涂层均匀、节省能源等优点，但存在着环境污染严重、劳动条件较差等缺点。

电弧喷涂

电弧喷涂是将二根被喷涂的铁丝做为源材电极，运用其端部产生的电弧做为热源熔化铁丝材, 并用压缩空气越过电弧和熔化的液体使之做雾化，以一定的速率喷向基材（零件）表层而产生持续的涂层。

超音速喷涂

将粉末轴向送进该火焰，可以将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。

等离子喷涂

采用直流电驱动的等离子电弧作为热源, 将陶瓷、合金、金属等材料, 加热到熔融或半熔融状态, 高速喷射到预处理过工件表面，形成牢固表层。

等离子喷涂属于热喷涂的一种。通过这种方式，可以在工具和各种设备部件上沉积不渗透的粘附层。

当用于喷枪时，我们的电极必须能够承受超过12,000℃的瞬时等离子体温度。

等离子喷涂电极和喷嘴

我司专业生产等离子喷涂电极和喷嘴（或称等离子喷阴极和阳极，钨铜阴极，钨铜阳极）。

等离子喷涂电极结构：

• 等离子喷涂电极分为两端：一端采用钨合金，另一端采用铜合金。然后通过背铸的方式使两者连接在一起。
• 背铸(NDB)是一种整体"无缝焊接"连接方式，可以使得连接面无缝焊接，
  
  不同于以往的钎焊，钎焊的会有一定比率的缝隙，这种缝隙会导致受热不均，影响热传导，进而影响产品的最终寿命。
  
  而背铸出来的产品散热速度快且均匀, 喷涂质量稳定，而且使用寿命更长。

等离子喷涂电极优势：

1. 我司从事生产纯钨和钨合金材料多年, 对材料的结构和性能有深入的了解。
   
   对于等离子喷涂电极所用的钨极，我们对材料的结构做了更多改善和处理，以满足等离子喷涂的材质要求。
   
   通过对钨电极进行致密化处理，形成更加细微，均匀的晶粒结构。
   
   通过改造后的钨合金，硬度和密度相对较高，起弧快，并且具备优异的抗电弧烧损性能，寿命长。

2.等离子喷涂电极和喷嘴采用独特的背铸(NBD)技术，实现钨和铜之间无缝结合。

背铸(NBD)结合强度可以高达127MPa, 而传统的结合强度不足100MPa。

对比传统钎焊，通过背铸方式制作的结合件，钨与铜之间结合强度更高，接触面积更大、电阻更均匀、散热能力更强.

使得喷嘴和电极具有更高的稳定性和更长的使用寿命。

3.我们生产不同材质的钨电极(良好的起弧性能和耐烧蚀性)，针对客户使用情况，我们提供更适配的材质供客户选择。

材料	掺杂物（wt.%)	钨 (wt.%)	电子逸出功(eV)
纯钨	–	99.95	4.25 – 5.01
钨合金	2%	余量	2.0 – 3.0

4.基于对等离子喷枪的研究和分析，我司生产的 电极和喷嘴 可以完美的适配原厂的喷枪，在替换使用过程, 喷涂参数无需额外调整。我们拥有完善的产品系列，生产的等离子喷涂电极和喷嘴可以广泛适用于Metco、GTV、FST、AMT AG, Praxair等公司的F4、9M、SG-100等喷枪。

5.生产过 多种类型的阴阳极，经验丰富。我们可以根据客户样品或者图纸进行加工生产，也可以为客户提供钨铜无缝结合的产品。

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