铁基粉末冶金零件的连接与焊接

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1、2009全国粉末冶金学术会议论文集铁基粉末冶金零件的连接与焊接包崇玺曹红斌毛增光(东睦新材料集团股份有限公司，宁波，315191)摘要粉末冶金零件的焊接性与材料成分、焊接工艺以及孔隙等密切相关。本文介绍了电弧焊、点焊、钎焊、激光焊接、摩擦焊接以及组合烧结在东睦公司的应用情况。关键词粉末冶金零件焊接性电弧焊点焊钎焊激光焊接摩擦焊接组合烧结1前言近年来，随着科学技术的不断发展，各个工业对成本的严格控制以及全球资源151益匮乏，应用铸轧制造的材料再加工成工业零件已不能满足要求，采用粉末冶金工艺直接制造工业上所需零件(尤其是汽车工业)就显得尤为关键。新型汽车的设计目标在于减

2、少质量，减少能源消耗。在提高设计的整体性和安全标准同时，降低制造和组装成本。对粉末冶金材料而言，需要增加强度，改善疲劳性能，提高综合性能和降低成本¨’3

3、。粉末冶金工艺是无切削或少切削的加工方法，节能、节材，无污染，适合生产批量大、切削少的机械零件。因此粉末冶金零件具有生产成本低、效率高等特点。但是粉末冶金零件受制于模具、粉末以及设备，一些形状的尚不能使用粉末冶金工艺生产，或者生产的成本较高。另一方面，焊接是机械零部件重要的装配方式，如果焊接性不好，零件将会难以装配或装配后性能达不到要求，零件或焊接失效，使粉末冶金材料的应用受到限制。对于粉末冶金零件，由于存在孔隙，

4、孔隙的数量、形态和分布影响材料的物理性能如热传导率、热膨胀率和淬硬性等，这些物理性能直接影响材料可焊性，使焊接粉末冶金零件较同成分的冶铸材料相比难度加大。在普通焊接冷却过程中焊缝收缩产生较大的张应力。在张应力的作用下由于粉末冶金零件的伸长率较低，往往产生裂纹，焊接强度降低，甚至无法完成焊接过程。粉末冶金零件的焊接性拓展了粉末冶金的应用范围，增加了生产更复杂零件的可能性。大多数粉末冶金零件可以通过焊接或连接。由于成本、劳动强度、设备等方面的原因，不是每个粉末冶金零件都适宜焊接¨’“。本文将介绍目前在东睦公司所使用的连接或焊接方式以及在新产品开发过程中了解的连接方式，介

5、绍其特点、在粉末冶金零件上的应用以及存在的障碍，为相关人员在设计新产品或连接时提供参考。2材料的焊接性2．1金属材料的焊接性金属材料对焊接加工的适应性，又称可焊性。焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性包括两方面的内容，其一，接合性能：金属材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。决定接合性能的因素有：工件材料的物理性能，如熔点、导热率和膨胀率，工件和焊接材料在焊接时的化学性能和冶金作用等。当某种材料在焊接过程中经历物理、化一、综述学和冶金作用而形成没有焊接缺陷的焊接接头时，这种材料就被认为具有良好的接合性能。其二，使用性

6、能：某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力，如承受静载荷、冲击载荷和疲劳载荷等，以及焊接接头的抗低温性能、高温性能和抗氧化、抗腐蚀性能等口’4，引。焊接过程中，焊件经历焊接热过程、冶金反应，以及焊接应力和变形的作用，因而带来化学成分、金相组织、尺寸和形状的变化，使焊接接头的性能往往不同于母材，有时甚至不能满足使用要求。例如，在铸铁焊接时容易开裂，需要预先将焊件加热，或采用特种焊条焊接。含碳量和合金元素量较高的钢材，由于硬度和强度较高，焊接时容易产生裂纹，需要采取适当的工艺措旌。对于许多活性金属或难熔合金，宜采用特殊

7、焊接方法，如电子束焊或激光焊，以便获得优质接头。工件材料、焊接方法和产品的使用条件，都会影响工件焊接性。材料制成优良焊接接头所需的设备条件越少、难度越小，则此材料的焊接性越好；反之，需要复杂而昂贵的焊接方法、特殊的焊接材料和工艺措施，则说明这种材料的焊接性不佳∽，4·5I。制造焊接产品或构件时，必须首先评定所用材料的焊接性，以判断所选用的结构材料、焊接材料和焊接方法等是否适当。金属材料的可焊性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法和焊接材料，其可焊性可能有很大差别。如铸铁用普通焊条不容易保证品质，但用镍基焊条则品质较好。影响金属材料可焊性的主要因素是化学

8、成分。各种化学元素加入金属材料后，对焊缝组织与性能、夹杂物分布、焊接热影响区的淬硬程度等影响不同，产生裂缝的倾向也不同。在加入钢的各种元素中，碳的影响最明显，其它元素的影响可以折合成碳的影响，因此人们用碳当量方法来估算被焊金属材料的可焊性。磷和硫是金属材料的有害元素，对可焊性影响很大，因此，应严格控制。碳素钢和低合金结构钢的碳当量经验公式为MJ：埘(c。)：加(c)+w_(Mn)+型量鱼之I_±竺丛兰垂蔓L业+竺量垒至2_兰蝉0)13式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量的质量分数。C。<0．4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性好。一