Ze strukturálních, aplikačních nebo ekonomických důvodů mnoho průmyslových odvětví potřebuje spojovat různé kovové materiály. Kombinací různých kovů je možné lépe využít ty nejlepší vlastnosti každého kovu. Proto před zahájením jakékoli svařovací operace musí svářeč určit vlastnosti každého materiálu, mezi které patří teplota tání kovu, tepelná roztažnost atd. Podle vlastností materiálu se jim pak zvolí postup svařování.
Nepodobné svařování kovů je proces svařování dvou nebo více různých materiálů (odlišných chemickým složením, metalurgickou organizací nebo vlastnostmi atd.) za určitých podmínek procesu. Při svařování nepodobných kovů je nejčastější svařování nepodobné oceli, následované svařováním nepodobných neželezných kovů. Při svařování odlišných kovů vzniká přechodová vrstva s odlišnými vlastnostmi od základního materiálu. Vzhledem k významným rozdílům v elementárních vlastnostech, fyzikálních vlastnostech a chemických vlastnostech odlišných kovů je svařování odlišných materiálů technicky mnohem složitější než svařování odlišných materiálů.
Jaké jsou problémy svařování různých kovů?
1. Čím větší je rozdíl v bodu tání rozdílných materiálů, tím obtížnější je svařování.
Důvodem je, že nízký bod tání materiálu dosahuje stavu tání, vysoký bod tání materiálu je stále v pevném stavu, kdy roztavený materiál snadno proniká hranicemi zrn přehřáté zóny, což může způsobit ztrátu materiálů s nízkou teplotou tání, spálených nebo odpařených legujících prvků, což znesnadňuje svaření spoje. Například při svařování železa a olova (rozdíl bodů tání) se nejen oba materiály v pevném stavu nemohou navzájem rozpustit, ale ani v kapalném stavu se nemohou navzájem rozpustit, tekutý kov je rozdělen do vrstev a po ochlazení každé samostatné krystalizace.
2. Čím větší je rozdíl v koeficientu lineární roztažnosti různých materiálů, tím obtížnější je svařování.
Čím větší je koeficient lineární roztažnosti materiálu, tím větší je rychlost tepelné roztažnosti, tím větší je smrštění během ochlazování, krystalizace taveniny způsobí velké svařovací napětí. Toto svařovací napětí není snadné odstranit, výsledkem bude velká deformace svařování. Vzhledem k tomu, že materiál na obou stranách svaru je vystaven různým stavům namáhání, snadno to vede k prasklinám ve svaru a tepelně ovlivněné zóně a dokonce vede k odlupování svarového kovu a základního materiálu.
3. Čím větší je rozdíl v tepelné vodivosti a měrné tepelné kapacitě rozdílných materiálů, tím je svařování obtížnější.
Tepelná vodivost a měrná tepelná kapacita materiálu způsobí, že se podmínky krystalizace svarového kovu zhorší, zrna budou vážně zdrsněna a ovlivní smáčivé vlastnosti žáruvzdorných kovů. Proto by měl být pro svařování zvolen silný zdroj tepla, umístění zdroje tepla by mělo být při svařování vychýleno směrem ke straně základního materiálu s dobrou tepelnou vodivostí.
4. Čím větší je rozdíl mezi elektromagnetickými vlastnostmi rozdílných materiálů, tím je svařování obtížnější.
Protože čím větší je rozdíl v elektromagnetismu materiálu, čím je svařovací oblouk nestabilnější, tím je svar horší.
5. Čím více intermetalických sloučenin vzniká mezi různými materiály, tím obtížnější je svařování.
Protože intermetalické sloučeniny mají větší křehkost, snadno vedou k prasklinám a dokonce lomům ve svaru.
6. Čím silnější je oxidace rozdílných materiálů, tím obtížnější je svařování.
Při svařování mědi a hliníku metodou tavného svařování se v tavenině velmi snadno tvoří oxidy mědi a hliníku. Při chladící krystalizaci může přítomnost oxidů na hranicích zrn způsobit snížení mezikrystalové vazebné síly.
7. Při svařování rozdílných materiálů je obtížné dosáhnout požadavků na stejnou pevnost svaru a dvou obecných kovů.
To je způsobeno nízkým bodem tavení kovových prvků, které se při svařování snadno spálí a odpaří, což má za následek změny chemického složení svaru, snížení mechanických vlastností, zejména při svařování nepodobných neželezných kovů výraznější.
Aplikace technologie laserového svařování pro svařování odlišných kovů
1. Laserové svařování mědi a oceli
Svařování mědi a oceli je typické pro svařování různých materiálů. Teplota tání, tepelná vodivost, koeficient lineární roztažnosti a mechanické vlastnosti mědi a oceli jsou velmi odlišné, což není příznivé pro přímé svařování mědi a oceli. Laserové svařování mědi a oceli se stalo současným vývojovým trendem založeným na výhodách vysoké hustoty tepelné energie, malého množství roztaveného kovu, úzké tepelně ovlivněné zóny, vysoké kvality spoje a vysoké produktivity laserového svařování. Míra absorpce mědi pro většinu průmyslových aplikací je však relativně nízká a měď je také náchylná k defektům, jako je oxidace, poréznost a praskání během procesu svařování. Na základě vícerežimového laserového laserového svařovacího procesu mědi a oceli různých kovů, které budou dále vyvíjeny.
2. Laserové svařování hliníku a oceli
Hliník, rozdíl bodu tání oceli, snadno tvarovatelné kovové části složené z různých materiálů a hliník, ocelová slitina s vysokou odrazivostí a vysokou tepelnou vodivostí, je obtížné vytvořit klíčovou dírku v procesu svařování, svařování vyžaduje vysokou hustotu energie . Experimenty zjistily, že řízením energie laseru a doby působení materiálu lze snížit tloušťku reakční vrstvy rozhraní a účinně řídit generování přechodných fází.
3. Laserové svařování hořčíkového hliníku a slitiny hořčíku a hliníku
Hliník a jeho slitiny mají dobrou odolnost proti korozi, vysokou měrnou pevnost, dobrou elektrickou a tepelnou vodivost a další výhody. Hořčík je lehčí než hliník, neželezný kov, má také vysokou měrnou pevnost a tuhost a dobrou seismickou kapacitu. Hlavním problémem svařování hořčíku a hliníku je, že samotný základní materiál je velmi snadno oxidovatelný, koeficient prostupu tepla, snadno se vytvářejí trhliny a póry a další vady svařování a velmi snadno se vyrábějí intermetalické sloučeniny, což výrazně snižuje mechanické vlastnosti svařované spoje.
