構造、用途、または経済的な理由から、多くの産業では異なる金属材料を接合する必要があります。 異なる金属を組み合わせることで、それぞれの金属の持つ特性を最大限に活かすことができます。 したがって、溶接作業を開始する前に、溶接工は金属の融点、熱膨張などを含む各材料の特性を判断する必要があります。その後、材料の特性に応じて適切な溶接プロセスが選択されます。
異種金属溶接は、2 つ以上の異なる材料 (化学組成、冶金学的組織や特性などが異なる) を特定のプロセス条件下で溶接するプロセスです。 異種金属の溶接では、異種鋼の溶接が最も多く、次に非鉄金属の溶接が続きます。 異種金属を溶接すると、母材とは異なる特性を持つ遷移層が生成されます。 異種金属の元素特性、物理的特性、および化学的特性には大きな違いがあるため、異種材料の溶接は、異種材料の溶接よりも技術的にはるかに複雑です。
異種金属溶接の問題点は何ですか?
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、材料の低融点が溶融状態に達し、材料の高融点がまだ固体状態にあり、溶融した材料が過熱ゾーンの粒界に浸透しやすく、損失が発生する可能性があるためです。低融点材料を使用すると、合金元素が燃焼または蒸発し、接合部の溶接が困難になります。 たとえば、鉄と鉛（融点の違い）を溶接する場合、固体状態の 2 つの材料は互いに溶解できないだけでなく、液体状態でも互いに溶解できず、液体金属は層状に分布し、それぞれの結晶を冷却した後。
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。
材料の線膨張係数が大きいほど、熱膨張率が大きくなり、冷却時の収縮が大きくなり、溶融池の結晶化により大きな溶接応力が発生します。 この溶接応力を除去するのは容易ではなく、その結果、大きな溶接変形が発生します。 溶接部の両側の材料は異なる応力状態にさらされるため、溶接部や熱影響部に亀裂が発生しやすく、さらには溶接金属や母材の剥離につながることもあります。
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により、溶接金属の結晶化状態が悪化し、結晶粒が著しく粗大化し、高融点金属の濡れ特性に影響を与えます。 したがって、溶接には強い熱源を選択し、熱源の位置を熱伝導率の良い母材側に偏らせて溶接する必要があります。
4. 異種材料の電磁特性の差が大きければ大きいほど、溶接は難しくなります。
材料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。
金属間化合物は脆性が高いため、溶接部に亀裂や破壊が発生しやすくなります。
6. 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。
銅とアルミニウムを溶融溶接法で溶接する場合、溶融池には銅とアルミニウムの酸化物が非常に簡単に形成されます。 結晶化を冷却すると、粒界に酸化物が存在するため、粒子間の結合力が低下する可能性があります。
7. 異種材料を溶接する場合、溶接部と 2 つの母材が同等の強度の要件を達成することは困難です。
これは、金属元素の融点が低いため、溶接中に容易に燃焼および蒸発し、その結果、溶接部の化学組成が変化し、特に異種の非鉄金属を溶接する場合に機械的特性が低下することがより顕著になるためです。
レーザー溶接技術の異種金属溶接への応用
1. 銅と鋼のレーザー溶接
銅と鋼の溶接は、異種材料溶接の代表的なものです。 銅と鋼の融点、熱伝導率、線膨張係数、機械的特性は大きく異なるため、銅と鋼の直接溶接には適していません。 銅と鋼のレーザー溶接は、レーザー溶接の高い熱エネルギー密度、少ない溶融金属量、狭い熱影響部、高い接合品質、高い生産性という利点に基づいて、現在の開発トレンドとなっています。 しかし、ほとんどの工業用途における銅の吸収率は比較的低く、また銅は溶接プロセス中に酸化、気孔、亀裂などの欠陥が発生しやすいです。 マルチモードレーザーに基づいて、銅と鋼の異種金属のレーザー溶接プロセスがさらに開発されます。
2. アルミニウムと鋼のレーザー溶接
アルミニウムと鋼の融点が異なり、異種材料の金属部品の複合成形が容易であり、アルミニウムと鋼合金は、高反射率、高熱伝導率の特性を持ち、溶接工程でキーホールが形成されにくく、溶接には高いエネルギー密度が必要です。 実験の結果、レーザーエネルギーと材料の作用時間を制御することにより、界面反応層の厚さを減少させ、中間相の生成を効果的に制御できることが判明した。
3. マグネシウムアルミニウムおよびマグネシウムアルミニウム合金のレーザー溶接
アルミニウムとその合金は、優れた耐食性、高い比強度、優れた電気伝導性と熱伝導性などの利点を持っています。 マグネシウムは非鉄金属であるアルミニウムよりも軽く、比強度と剛性が高く、耐震性に優れています。 マグネシウムとアルミニウムの溶接の主な問題は、母材自体が非常に酸化しやすく、熱伝達率が高く、亀裂や気孔、その他の溶接欠陥が発生しやすく、金属間化合物が非常に生成しやすいため、機械的特性が大幅に低下することです。溶接された接合部。
