铝与钢的摩擦焊接接头分析

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单双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头性能对比与研究

单双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头性能对比与研究随着现代工业技术的发展，焊接技术已成为现代工业中热点研究领域之一。

在一些高端制造领域，如航空、航天、汽车、电子等，对焊接技术的要求也越来越高。

因此，研究焊接技术的新方法及其性能是非常必要的。

本文将探讨单双轴肩搅拌摩擦焊（SSMSFPW）与摩擦焊（FW）对铝合金焊接接头性能的影响。

由于铝合金的轻量化、高强度和优良的耐腐蚀性能，在现代工业中得到了广泛的应用。

目前，焊接技术是连接铝合金件的主要方法之一。

然而，传统的焊接方法存在许多问题，例如焊接过程中产生的变形和裂纹等。

而采用焊接技术时，焊接界面处通常会发生高温和高应力，容易影响焊接接头的性能。

因此，需要研究新型的焊接技术，以提高焊接接头的强度和韧性，并减少变形和其他缺陷。

单双轴肩搅拌摩擦焊是近年来发展的焊接技术之一。

它是一种非常适用于铝合金的加工方法。

相比传统的焊接方法，它不会产生金属熔融和不良组织等问题，同时还可以更好地控制焊接界面的应力和温度。

理论上，SSMSFPW应该比传统的焊接方法更能满足铝合金件的联接。

同时，SSMSFPW还具有一些优良的特性，例如接头强度高、焊接速度快等。

本研究选取两种焊接方法（SSMSFPW和FW），通过焊接接头的剪切强度、拉伸强度、低周疲劳寿命、高周疲劳寿命和金相组织等方面进行了对比研究。

实验结果表明，与传统的焊接方法相比，SSMSFPW可以在接头质量和强度等方面实现显著提高。

同时，SSMSFPW还可以快速、准确地完成铝合金件之间的连接，从而有效提高生产效率。

总之，本研究通过对比研究单双轴肩搅拌摩擦焊和传统的焊接方法（FW），探讨了不同焊接方法对铝合金焊接接头性能的影响。

结果表明，SSMSFPW是一种适用于铝合金焊接的新型焊接方法。

它可以产生高强度和高韧性的焊接接头，同时还可以有效地减少变形和其他缺陷，并提高生产效率。

因此，SSMSFPW有望成为未来铝合金焊接的主要方法之一。

7A09H112铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能分析

2021年第1期（总199期）CFHI**************一重技术摘要：使用搅拌摩擦焊方案焊接12mm 厚7A09H112铝合金，获得成形良好、无缺陷的焊接接头。

对焊接接头进行微观组织及力学性能测试分析。

结果表明：热机影响区晶粒出现扭曲畸变，靠近母材区域的晶粒较粗大，而靠近焊缝区域的晶粒较为细小；焊接接头的平均抗拉强度为221MPa ，达到母材的88%，平均屈服强度为149MPa ，达到母材的96%。

焊缝金属屈服强度达到409MPa ，抗拉强度达到491MPa ，均远大于母材本身的屈服强度和抗拉强度，具有优异的力学性能。

焊接接头硬度分布呈现"W"型，但整体低于母材区，硬度最低值出现在热影响区及热机影响区。

关键词：7A09H112；搅拌摩擦焊；显微组织；力学性能中图分类号：TG453.9文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2021）01-0008-04Analysis on Microstructure and Mechanical Properties of FSW Welds on 7A09H112Aluminium Alloy MaterialsZhao Jia,Liu Wancun,Gu Songwei,Yu HaidongAbstract:12mm thick 7A09H112aluminium alloy plates jointed by the means of Friction Stir Welding Technique (FSW)have defect-free welds with good shape.The analysis of the microstructure and mechanical properties of the welds revealsthat the grains in thermo-mechanically zone (TMAZ)distort and the grains near to the base metal grow larger while the grains near to the welds become finer.The average tensile strength of the welds is 221MPa,up to 88%of the base metal;the average yield strength is 149MPa,up to 96%of the base metal.The weld metal has yield strength up to 409MPa and tensile strength up to 491MPa,both far higher than those of the base metal,offering excellent mechanical properties.The hardness of the welds distributes in the form of “W ”and lower than the base metal.The lowest hardness occurs in the heat effected zone and thermo-mechanically zone.Key words:7A09H112;friction stir welding;microstructure;mechanical property7A09H112铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能分析赵佳1，刘万存2，谷松伟2，于海东110.3969/j.issn.1673-3355.2021.01.0081.一重集团大连核电石化有限公司工程师大连116113；2.一重集团大连核电石化有限公司高级工程师大连1161137A09铝合金属于热处理强化高强度铝合金，具有高强、高韧、低密度等优点，在航天航空和武器制造等领域都有广泛的应用[1]。

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能张丽娜;赵衍华;张田仓;何胜春;袁德海【摘要】Dissimilar metal joining can achieve the goal of energy saving,economy and weight saving,and receives considerable attention in the field of aerospace,shipbuilding and railway etc.Since aluminum and steel demonstrate have different physical and chemical properties,it is difficult to gain a good joint.Inertia friction welding is used to join 2219 aluminum alloy and 304 stainless steel,and the microstructure and mechanical properties of inertia friction welded joint are analyzed under different welding parameters.The results show that the microstructure of aluminum alloy side is divided into fine-grain are and elongated-grain area.The EDX results display that diffusion of elements iron and aluminum is observed on the welding interface.The hardness test shows that the hardness makes a step change on the interface within the scope of-0.6～+0.15 mm,which is the main area affected by friction heat and deformation,and the hardness of this area is higher than that of base metal.The tensile strength of joints are from 235 MPa to 300 MPa using the optimized parameters.The fracture of this inertia friction welding mainly appears brittle fracture.%异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一.采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能.结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散.硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6 ～+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材.合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235～300 MPa.铝铜惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)011【总页数】6页(P100-105)【关键词】2219铝合金;不锈钢;惯性摩擦焊;微观组织;力学性能【作者】张丽娜;赵衍华;张田仓;何胜春;袁德海【作者单位】首都航天机械公司,北京100076;首都航天机械公司,北京100076;中航工业北京航空制造工程研究所,北京100024;中航工业北京航空制造工程研究所,北京100024;首都航天机械公司,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TG457.1异种金属的连接件，尤其是力学性能优良的金属与轻质、耐腐蚀金属的连接构件可充分发挥两种材料的性能优势，成为工程化应用的有效解决途径之一。

铝合金摩擦焊

铝合金摩擦焊铝合金摩擦焊是一种常用的焊接方法，通过摩擦热量产生和塑性变形来实现焊接。

本文将从铝合金摩擦焊的原理、工艺、优势和应用等方面进行详细阐述。

一、铝合金摩擦焊的原理铝合金摩擦焊是指利用机械摩擦热量和塑性变形来实现焊接的方法。

在焊接过程中，两块铝合金工件通过施加一定的压力，使其接触面产生相对的摩擦，摩擦热量使接触面温度升高，达到可塑性变形的温度。

随后，继续施加压力，使接触面发生塑性变形，形成焊缝。

最后，通过冷却，焊缝得以固化。

二、铝合金摩擦焊的工艺1. 准备工作：选择合适的铝合金材料，清洁工件表面，调整焊接设备参数。

2. 焊接设备：铝合金摩擦焊设备主要包括工作台、夹具、电机、压力系统和温度控制系统等。

3. 焊接工艺参数：包括摩擦时间、摩擦转速、压力大小等。

这些参数需要根据铝合金材料的性质和焊接要求来确定。

4. 焊接过程：首先，将两块铝合金工件固定在工作台上，使其接触面平整。

然后，启动电机，通过摩擦产生摩擦热量，使接触面温度升高。

接着，施加一定压力，使接触面发生塑性变形，形成焊缝。

最后，冷却焊缝，使其固化。

5. 后处理：焊接完成后，需要对焊缝进行清理和表面处理，以提高焊接质量和外观。

三、铝合金摩擦焊的优势铝合金摩擦焊具有以下几个优势：1. 高效节能：摩擦焊是一种非常高效的焊接方法，焊接速度快，能耗低。

2. 无污染：摩擦焊过程中不需要使用焊接剂和填充材料，不会产生有害气体和废渣，对环境无污染。

3. 焊接质量好：铝合金摩擦焊焊接接头强度高，焊缝形貌美观，无气孔和夹杂物。

4. 适用范围广：铝合金摩擦焊适用于各种铝合金材料的焊接，包括硬铝合金、软铝合金和铝合金与其他金属的焊接。

四、铝合金摩擦焊的应用铝合金摩擦焊广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电气、轨道交通等领域。

具体应用包括以下几个方面：1. 航空航天领域：铝合金摩擦焊用于飞机结构件、发动机零部件和航天器舱壁等焊接。

2. 汽车制造领域：铝合金摩擦焊用于汽车车身、发动机散热器和悬挂系统等焊接。

【技术帖】汽车车身钢－铝搭接连接技术的研究现状

【技术帖】汽车车身钢－铝搭接连接技术的研究现状摘要：目前汽车车身钢－铝搭接的连接方式有机械连接、焊接和粘铆复合连接三种方式。

为适应汽车轻量化的趋势，单一的连接方法已经满足不了钢－铝搭接接头性能的要求，其连接技术亟待创新。

突破传统的工艺局限，在钢－铝中添加夹层(或粘结剂)，采用特制的搅拌头进行热致搅拌摩擦点焊或是激光点焊。

钢－铝接头的连接机理、过程形成特征以及接头受力、力学响应特征是当前研究的主要发展趋势。

论文概述了其搭接连接的研究现状及成果，并展望了前景。

关键词：搭接；点焊；轻量化；钢－铝；接头性能前言随着石油能源危机和汽车废气排放污染问题的日益突出，汽车轻量化已成为必然趋势，为保证汽车综合性能，寻求总体最优化，车身常选用高强钢，以及高比强度高比刚度的铝合金、镁合金和复合材料等新材料，而高强钢－铝合金搭接(后文简称“钢－铝搭接”)是车身结构中常见的结构形式之一。

钢－铝搭接的连接部位通常是应力集中区，其受力情况复杂且高度非线性，直接影响车身整体结构的碰撞性能，从而成为失效的发源地，并带来异种金属间的电偶腐蚀问题。

因此，钢－铝搭接的连接技术，是汽车车身轻量化的难题之一。

目前适于汽车车身钢－铝搭接的连接技术主要有：机械连接、焊接和粘铆复合连接技术。

1钢－铝搭接的机械连接技术自穿孔铆接和冲铆连接是常用于钢－铝搭接的机械连接技术。

1.1自穿孔铆接(Self-piercing rivet，SPＲ)自穿孔铆接是一种通过半管型铆钉穿透上层工件，扩张到下层工件内，形成机械互锁的低温成形工艺。

其连接过程如图1所示。

该技术适用于同种和异种材料的双层和多层连接，而且可以克服铝、镁、钛等合金材料难以实现电阻点焊的缺点，实现铝－镁、钢－铝、钢－镁之间的连接。

目前已广泛应用于奥迪A8、捷豹XJ全铝车身，宝马新5系/7系钢－铝车身，以及欧洲“超轻汽车(SLC)”项目中的铝－铝、镁－铝、钢－铝间的连接。

1.2冲铆连接(Clinch joint)亦称冲压连接或锁接，它在凸模、压边圈和凹模的共同作用下，通过局部塑性变形形成自锁点实现连接，其工艺过程如图2所示。

铝合金与不锈钢的焊接工艺

04 铝合金与不锈钢的异同点
材料特性比较
铝合金
轻质、高强、耐腐蚀，良好的导电和导热性能，易于加工成型。
不锈钢
高强度、耐腐蚀、美观，良好的焊接性能，但导热导电性能较差。
焊接工艺比较
铝合金
常用的焊接方法有TIG、MIG、激光焊等，焊接过程中需要严格控制焊接参数和保护气体的选择。
不锈钢
常用的焊接方法有电弧焊、激光焊等，焊接过程中需要控制焊接速度和电流电压，以保证焊缝质量和美观度。
航空航天领域铝合金焊接
铝合金因其轻量化和高强度特性在航空航天领域广泛应用，焊接工艺需满足高强度和耐腐蚀要求。
不锈钢焊接实例
不锈钢厨具焊接
不锈钢厨具在生活中常见，焊接时需考虑材料的耐腐蚀和美观性，确保焊缝光滑、无瑕疵。
石油化工领域不锈钢管道焊接
在石油化工领域，不锈钢管道焊接需确保高强度和耐腐蚀，防止介质泄漏和腐蚀。
随着技术的进步，铝合金与不锈钢的焊接工艺将更加高效，能够实现快速、高质量的焊接，提高生产效率。
随着环保意识的提高，无污染或低污染的焊接技术将受到重视，如激光焊接、气体保护焊接等。
智能化焊接
焊接工艺将朝着智能化方向发展，通过自动化控制系统实现精确控制焊接参数，提高焊接质量。
对未来研究的建议
。
后热处理
某些铝合金需要进行后热处理以提高焊接接头的性能。
焊接缺陷及预防措施
裂纹
选择适当的焊接方法和参数，控制热输入量和冷却速度，减少裂纹的产生。
气孔
选择适当的保护气体和清洁母材表面，控制熔池温度和保护气体的流量，减少气孔的产生。
未熔合
控制焊接电流和速度，保持适当的焊缝间隙和角度，减少未熔合的产生。

钢与铝的焊接-CMT技术

然而，当焊接接头的IMP脆性相的厚度非常薄时(< 10 µm )，它的脆性特点就变成次要的，这时玻璃=柔软的）
另一主要问题腐蚀问题，由于两种材料电化学电位差别较大，只要存在电位差，就会有电解发生（原理相当于电池），而铝电位低，因而是负极，会随着电解而腐蚀。
图-4低放大倍率的接头图图-5接头的晶向图
从图-4图中可以清楚看到，铝这边是熔焊上的，而钢这边是钎焊上的。
从图-5可以看到，IMP脆性相只有2.41µm。
在所有的实验中IMP相的厚度都是低于10 µm，因而接头的性能更多的是受母材性能的影响，而不是接头中的IMP相，在强度测试过程断裂处总是发生在铝的热影响区，有时甚至在铝基体上。表二是种测试的强度平均值
1
由于两种材料有着不同的化学和物理性能，如熔点、热膨胀系数、弹性模量等（见表-1），因而通过热加工的焊接工艺来焊接钢与铝时会面临许多问题。
名称
单位
钢
纯铝
熔点
°C
1536°C
660°C
弹性模量
N/mm²
20400
6750
密度（20℃）
g/cm³
7.87
2.7
热传导率
W/mK
46
222
标准电压（在25℃）
V
-0.44
-2.34
表1钢和铝的物理性能
最大的问题是铝与钢易形成非常硬和脆的IMP相（intermetallic phases），并且焊接热输入量越大，生成的IMP相就越多。这种脆性相严重破坏接头的静态和动态的强度，以及恶化接头的塑性。
图1二元的AL-Fe相位图
在图中左边可以看出铁在固熔状态下是可以熔解一部份铝，但当铝的含量超过12%时，晶体结构发生根本的改变，形成FeAL(β)，Fe3Al(β)混合物，这些混合物是非常硬(250-520HV)和脆的。如果铝在铁中的含量进一步提高，就会形成Fe2Al(ξ), Fe2Al5(η)和FeAl3(θ)混合物，这些混合物硬度更高(600 – 1100 HV)，更脆。这种脆性物的产生是由于铁在铝中的扩散或是铝在铁中的扩散。当两种不同材料电化学电位有差别时，就会发生分子扩散以弥补电位差，电位相差越大时（铁和铝的△E~1.22 V），扩散的趋势就越大，如果两种材料都是处于液态，则扩散就更容易。

摩擦挤压焊接铝-钢接头的组织与性能研究

摩擦挤压焊接铝-钢接头的组织与性能研究马彩霞;巴路军;刘小文;李文亚;蔺成效【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2012(030)006【摘要】文章研究了LF5铝与A3钢摩擦挤压焊接工艺,该工艺已成功用于工业生产铝/钢电解电极.通过分析焊接工艺参数对LF5铝与A3钢接头金相组织、力学性能及导电性能的影响,获得了最佳的工艺参数.试验结果表明:摩擦挤压焊接形成的铝-钢接头的摩擦端面连接及螺纹挤压咬合连接提高了接头强度.通过该技术获得的焊接接头的导电性及力学性均能满足实际工业生产的要求.最优的摩擦挤压焊接参数是:旋转速度1 000 r/min,摩擦压力2.5 MPa,摩擦时间7 s,顶锻压力3.5 MPa,顶锻时间4 s.【总页数】6页(P905-910)【作者】马彩霞;巴路军;刘小文;李文亚;蔺成效【作者单位】西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室,陕西西安710072;胜利油田渤海管具有限责任公司,山东东营257200;西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TG406【相关文献】1.铝/AlSi7/钢电子束焊接接头组织与性能研究 [J], 倪家强;张秉刚;张春光2.电解铝阳极铝/钢摩擦焊接头力学性能及节能研究 [J], 王希靖;李经纬;张昌青;张亚州;孙学敏3.钢/镁合金\"一字型\"搭接搅拌摩擦点焊接头组织与性能研究 [J], 杜贤昌;王毅;郭淑兰4.45钢钻杆惯性摩擦焊接头组织与性能研究 [J], 迟露鑫;刘登位5.镁/铝水下搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能研究 [J], 王璐;席小鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铝合金搅拌摩擦焊接接头组织特征

在当今工业领域，铝合金作为一种重要的结构材料，其焊接技术一直备受关注。

其中，搅拌摩擦焊接是一种先进的焊接方法，能够在不融化材料的情况下实现高强度的焊接接头。

本文将深入探讨铝合金搅拌摩擦焊接接头组织特征，以帮助读者全面理解这一焊接方法的特点。

二、铝合金搅拌摩擦焊接接头组织特征的表现1. 微观组织分析铝合金搅拌摩擦焊接接头的微观组织特征是研究的重点之一。

在接头区域，可以观察到晶粒细化、晶粒再结晶等现象。

还会出现强化相分布不均匀、晶粒取向偏移等情况。

这些微观组织的变化直接影响着接头的性能和稳定性。

2. 组织相分析铝合金搅拌摩擦焊接接头中的组织相也是需要重点关注的对象。

通过金相显微镜等手段，可以发现接头中出现了多种组织相，如固溶相、析出相等。

这些组织相的形成对接头的强度、硬度等性能指标具有重要影响。

3. 动态组织特征在搅拌摩擦焊接的过程中，焊接接头的组织特征还会随着时间和温度的变化而发生相应的动态变化。

这些动态组织特征包括晶粒的再排列、组织相的数量和尺寸的变化等，对于接头的稳定性和可靠性产生着重三、铝合金搅拌摩擦焊接接头组织特征的影响因素1. 工艺参数搅拌摩擦焊接的工艺参数是直接影响焊接接头组织特征的重要因素。

包括搅拌头形状、转速、下压力等参数的变化，都会对接头的组织特征产生显著影响。

2. 材料属性铝合金的成分和性能对于搅拌摩擦焊接接头组织特征也具有重要影响。

不同种类的铝合金，其组织特征会有所差异，需要针对不同材料进行研究和分析。

3. 环境条件焊接过程中的环境条件，如温度、气氛等，也会对接头的组织特征产生一定的影响。

特别是在特殊环境下进行焊接时，需要对组织特征进行更加深入的研究。

四、总结与展望通过对铝合金搅拌摩擦焊接接头组织特征的深入探究，我们能够更全面地了解这一焊接方法的特点。

未来，随着材料科学和焊接技术的不断发展，我们可以预见，对接头组织特征的研究将会更加深入，为铝合金搅拌摩擦焊接技术的进一步改进和应用提供更多的理论支持和实个人观点：铝合金搅拌摩擦焊接作为一种新型的焊接方法，其接头组织特征的研究对于提高焊接接头的质量和性能具有重要意义。

一种铝钢焊接方法

一种铝钢焊接方法铝钢焊接是指将铝和钢两种不同材料进行焊接。

由于铝和钢的化学性质和物理性质差异较大，所以焊接铝钢是比较困难的。

然而，随着新材料和焊接技术的不断发展，已经有一种有效的方法可以进行铝钢焊接，即钢铝复合焊接。

钢铝复合焊接是一种将铝和钢通过复合方式进行焊接的方法。

主要有以下几种常见的复合焊接方法：1. 摩擦焊接方法：摩擦焊接是将铝和钢直接接触，在高速旋转下，通过摩擦产生的热量将两种材料加热至熔点，并施加外力使其结合。

这种方法能够有效地通过铝和钢的几何连接提高焊接强度，而且焊接过程中不需要使用外部激光或电弧加热。

2. 冷压焊接方法：冷压焊接是一种将铝和钢通过冷压的方式进行焊接的方法。

通过在高温条件下对铝和钢进行压力和温度的控制，使其在焊接过程中迅速熔化并形成焊缝。

这种方法可以避免铝和钢的化学反应，减少焊接缺陷，提高焊接强度。

3. 电磁搅拌焊接方法：电磁搅拌焊接是一种利用电磁场来加热和搅拌焊接材料的方法。

通过施加高频电磁场，使铝和钢迅速加热至熔点，并通过干涉和旋转的电磁力产生的搅拌作用来使焊接材料混合均匀。

这种方法可以有效地提高焊接强度和焊接质量。

4. 激光焊接方法：激光焊接是一种将铝和钢通过激光束进行加热和熔化的方法。

激光束的高能量密度能够迅速加热焊接区域，使铝和钢迅速熔化并形成焊缝。

这种方法具有高效、快速、精确的特点，并且可以在焊接过程中控制热输入，减少焊接变形。

以上几种方法在实际应用中都有其适用的情况。

根据具体的焊接需求和工艺条件，选择合适的焊接方法是非常重要的。

此外，为了提高焊接质量和焊接强度，还需要进行适当的预处理和后处理工艺，如表面清洁、去氧化处理、预热等。

总之，钢铝复合焊接是一种有效的铝钢焊接方法，可以在一定程度上克服铝和钢的化学和物理差异。

通过合理选择适用的焊接方法和工艺参数，并进行适当的预处理和后处理，可以获得优良的焊接效果。

随着焊接技术的不断创新和发展，相信铝钢焊接的工艺和方法还将不断提升和完善。

铝钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

专题综述滋蕊铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状朱瑞灿1'4'5,赵衍华！，王浩$,秦国梁$%,刘顺刚％,张凌东&(1.首都航天机械有限公司，北京100076#2.山东大学，济南250061#3.中国电建集团核电工程公司，济南2500674.清华大学，北京100072#5.机械科学研究总院，北京100044#%.火箭军驻北京地区第一军代表室，北京100076)摘要：根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。

分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。

总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题，铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面成以Fe-AlIMCs为标志的冶金结合，并使IMCs%。

最，研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为，对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具要，铝/钢异种金属焊接结构性能的理。

关键词：铝/钢异种金属；旋转摩擦焊；焊接工艺；力学性能；金属间化合物中图分类号：TG457.10前言、、等工业的迅速发展，能和等问题，节能发的-铝合金具、、成等优点，是结的主要结；但单一铝合金能满要求，铝合金/钢(铝/钢)复合结3能够充分发挥两种材料的性能优势，的的强度等性能，、、冶金、等工域具应[+]，发动机铝/钢异种金属[2]、开发用铝/钢异种金属合钻杆⑻及LNG中铝/钢过接头等,均为典型的铝/钢异种金属管式焊接结构，而这些铝/钢复合结构的应用与开发都面临着铝/钢异种金属高强、高可靠性焊接技术瓶颈。

铝/钢异种金属焊接是制备铝/钢复合结构的关键加工制造工艺，常规的3接、螺栓连接等机械连接方法虽然可以实现铝/钢的连接，但存密性差、效果差等缺点，因此难等行业对铝/钢复合结构的要求，需要合适的焊接工艺实现铝/钢异种金属、可靠连接"收稿日期：2020-09-16基金项目：山东省重大科技创新工程项目(2018CXGC0810)doi:10.12073/j.hj.202009160021铝/钢异种金属焊接性分析图1为Fe-Al二元合金相图⑷。

大端面铝与钢的摩擦焊焊缝组织及性能

ｄｇｅｆａｏｉｄｆｕｉｎｔｏｌｃｎｔｅｖｓｏｅｐａｔａｅ，ｆｒｉｇａｄｆｕｉｎｌｙｒｅｒｅｏｔｍｃｉｆｓｏｏｋｐａｅｉｈｉｃｃ－ｌｓｉｌｙｒｏｍｎｉｆｓｏａｅ．ｃ
Ｋｅｒｓｒｔｎｗｅｉｇａｕｎｕｓｅｌｉｉｌｔｒｌ；ｌｒｅｒｓ—ｅｔｎｙｗｏｄ：ｆｉｉｌｎ；ｌｍｉｉｍ／ｔｅｄｓｍｉｒｍａｅｉｓａｇｒｏｓｃｉ；ｍｉｒｓｒｃｕｅｃｏｄｓａａｃｓｏｃｏｔｕｔｒ
ｓｅｌｗｉｈｌｒｅｃｏｓｓｃｉｎＢｙｍｅｎｆａａｙｉｆｍｉｒｓｒｃｕｅｌｃｒｎｍｉｒ－ｒｂｎ，ａｄＸ－ａｔｅｔａｇｒｓ — ｅｔ．ｏａｓｏｎｌｓｓｏｃｏｔｕｔｒ，ｅｅｔｏｃｏｐｏｉｇｎｒｙｄｆｒｃｉｎａｄｔｓｆｉｒ－ａｄｅｓｔｗａｈｗｎｔａｈｒｓａｇｏｒｃｉｎｗｅｄｎｅｆｒａｃｅｉａｔｏｎｅｔｃｏｈｒｎｓ，ｉｆｏｍｓｓｏｈｔｅｅｗａｏｄｆｉｔｌｉｇｐｒｏｍｎｅｂ — ｔｏ
摘要：以铝和钢为焊接材料，采用连续驱动摩擦焊技术对大截面铝与钢异种金属进行焊接试验．过显微组织、通电子探针、射线衍射、学性能分析及微区硬度测试检测焊接性能．果表明：截面铝与钢之间具有良好的摩擦Ｘ力结大焊接性，接接头强度等于或高于铝基材；接接头在近缝区发生晶粒细化，粘塑层发生原子扩散，成扩散层．焊焊在形

钢与铝的焊接

钢与铝的焊接摘要：最近的调查显示，在工业中钢与铝的异种连接将提高部件的性能，尤其是在汽车工业这两种材料的连接可以降低能耗。

由于钢与铝采用热加工方式过程中，易产生IMP（Intermetallic phases）脆性相是非常脆的，会恶化接头的机械性能。

因而直到现在，钢与铝的异种接头绝大多数仍采用机械方式进行连接（压紧，铆接…）。

在国外，也有尝试采用激光和挤压联合的工艺；国内也有研究所和高校尝试采用电子束焊的工艺。

本文介绍的一种新的GMAW工艺来焊接镀锌钢板和铝合金（如5，6系列）前言尤其在运输系统中（如航空、航天、汽车）中，减少重量（意味着降低能耗）是一项重要的任务，这可以通过选用不同特性的材料来完成。

钢和铝是工业应用中最广泛的两种材料，铝由于其耐腐蚀性好、焊接性能好，重量低、因而可以降低产品的重量和能耗，许多航空和汽车部件已经开始采用铝材，因而可以综合两种材料的优点：重量降低，导热性和导电性高因而钢与铝这两种材料的连接具有经济的优点然而直到现在钢与铝的连接仍然大多数采用机械方式，如压紧，铆接。

而目前热加工的连接方法有，摩擦焊，点焊，爆炸焊，但这些工艺受许多条件的限制（如工件几何形状、尺寸），激光焊和激光-压焊工艺更为复杂。

困难和要求PROBLEMS AND DEMANDS热加工焊铝存在许多问题，不同的化学和物理性能（熔点、热膨胀系数、弹性模量）、以及铝在钢中易形成非常脆的IMP相，并且，热输入量越多，生成的IMP相就越多，这种脆性相严重破坏接头的静态和动态的强度，图1显示二元的AL-Fe相位图，图中可以看出，只有微量的铝才能熔解在铁中，当含铝量达到12%时，晶体结构就会发生变化，形成FeAL，Fe3Al混合物，这些化合物是非常硬和脆。

如果铝扩散到铁中的量更多，IMP相就会形成Fe2Al, Fe2Al5 和FeAl3脆性化合物，这种情况同样发生铁扩散到铝这边。

这种扩散是通过不同的化学电位促使的。

同时侵蚀也是一个大的问题，电位差别大导到大量的电化学腐蚀发生，因而前文提及热加工钢与铝会受到许多条件限制。

《2024年高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》范文

《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高强铝合金因其优异的力学性能、良好的耐腐蚀性以及轻量化特点，在航空、汽车、轨道交通等领域得到了广泛应用。

搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固相连接技术，因其能实现高强铝合金的高效、高质量连接而备受关注。

本文旨在探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理及接头性能的调控方法。

二、搅拌摩擦焊接的机理搅拌摩擦焊接是一种通过摩擦热和塑性流动实现固态金属连接的工艺。

其基本原理是利用高速旋转的搅拌头与工件接触并摩擦产生热量，使工件局部达到塑性状态，然后通过搅拌头的挤压和摩擦热的作用，使工件在固态下实现连接。

在高强铝合金的搅拌摩擦焊接过程中，焊接接头的形成主要分为三个阶段：预热阶段、塑性流动阶段和冷却凝固阶段。

在预热阶段，搅拌头与工件接触并摩擦产生热量，使工件局部温度升高并达到塑性状态。

在塑性流动阶段，搅拌头的旋转和移动使工件金属发生塑性流动并混合在一起。

在冷却凝固阶段，焊接接头在固态下完成连接。

三、接头性能的调控接头性能的调控是搅拌摩擦焊接过程中的关键环节，主要包括焊接参数的选择和工艺控制。

1. 焊接参数的选择焊接参数的选择对焊接接头的性能具有重要影响。

主要参数包括搅拌头的转速、焊接速度、下压量等。

适当的转速和焊接速度可以保证焊接接头的热输入和塑性流动状态达到最佳状态，从而获得良好的接头性能。

下压量的选择应保证搅拌头能够顺利地进入工件并产生足够的摩擦热。

2. 工艺控制（1）搅拌头的形状和材质：搅拌头的形状和材质对焊接接头的质量有很大影响。

合适的搅拌头形状可以更好地将工件金属混合在一起，提高接头的力学性能。

同时，搅拌头的材质应具有良好的耐磨性和耐热性，以保证其在使用过程中不会发生磨损或变形。

（2）预热处理：在搅拌摩擦焊接前，对工件进行适当的预热处理可以提高其塑性和降低其硬度，从而有利于提高焊接接头的质量。

装配式建筑施工中的铝合金与钢结构连接

装配式建筑施工中的铝合金与钢结构连接铝合金与钢结构的连接在装配式建筑施工中起着至关重要的作用。

这种连接方式不仅能够保证建筑的稳定性和强度，还具备快速、高效、环保等优势。

本文将介绍装配式建筑施工中铝合金与钢结构连接的常用方式及其特点，并探讨其应用领域和发展前景。

一、常用的铝合金与钢结构连接方式1. 拼接连接拼接连接是最常见且最简单的一种连接方式。

它通过螺栓或焊接将铝合金构件与钢结构固定在一起，形成一个整体。

这种连接方式适用于相对静态负荷较小的场景，例如建筑外墙面板等。

2. 高强度螺栓连接高强度螺栓连接是一种使用高强度螺栓将铝合金构件与钢结构紧密地连接在一起的方式。

它具有承载能力强、安全可靠等优点，适用于大跨度大跨径结构中，如桥梁、体育馆等。

3. 结点化设计结点化设计是一种将铝合金和钢结构按照特定的结点进行拼接的方式。

通过设计合理的结点连接，可以使铝合金与钢结构之间产生更大的接触面积和摩擦力，提高了连接的刚度和稳定性。

这种连接方式适用于楼梯、天桥等细节处。

二、铝合金与钢结构连接方式的特点1. 快速施工装配式建筑中采用铝合金与钢结构连接是为了提高施工效率，缩短施工周期。

相比传统的现场焊接或固定连接，铝合金与钢结构的预制和加工更加简单快捷，能够大量减少施工时间。

2. 资源可回收利用装配式建筑注重环保理念，在材料选择和施工过程中倡导资源可回收利用。

铝合金与钢结构的连接方式符合这一要求，不会产生大量废弃物，而且旧建筑可以进行拆卸，其中的构件可以重新利用。

3. 强度和稳定性铝合金与钢结构连接方式在保证建筑强度和稳定性方面具备优势。

无论是使用螺栓连接还是采用焊接技术，都能够确保铝合金与钢结构之间的紧密连接，使整个建筑具备良好的抗载荷能力。

4. 维护方便装配式建筑中的铝合金与钢结构连接方式还具备维护方便的特点。

由于采用了标准化设计和预制化加工，一旦出现问题，可以通过更换或修复单个构件来解决，而不需要对整个建筑进行繁琐的维修。

浅谈钢铝转换接头焊接工艺

浅谈钢铝转换接头焊接工艺曹先俊（中国化学工程第三建设有限公司，安徽淮南232000）摘要：钢铝转换接头在空分工艺中被广泛运用，因其异种接头本身的焊接特点，必须采取特殊的工艺措施和选择合适的焊接方法，才能获得满意的焊接质量。

本文从钢与铝的焊接特点，逐步论述钢铝转换接头的焊接工艺。

关键词：钢铝转换接头焊接工艺0前言随着空分装置在工业上的不断发展，钢与铝在其工艺上被广泛地运用。

因而，在空分工艺施工当中难免会遇到钢铝异种金属焊接问题。

而钢铝异种金属焊接因它们之间的物理性能，化学成分的差别，在焊接过程中会产生许多焊接难题。

特别在施工现场，很难有效地解决这些焊接难题，也不能保证钢铝异种金属的焊接质量。

多年的施工实践，发现如果在钢与铝接头部位使用钢铝转换接头代替钢铝异种金属焊接，能快捷、方便、有效地保证了焊接质量。

如何掌握钢铝转换接头的焊接工艺，是选择正确的工艺措施和焊接方法的关键。

本论文将阐述在空分装置中，钢铝转换接头的焊接工艺。

1钢与铝焊接特点及主要问题由于铁与铝在焊接过程中处于化合物状态，使焊缝的强度和硬度提高，塑性降低，因此钢与铝的焊接性较差，故焊接时存在以下问题：1）被焊接头容易被氧化；2）焊缝成分不均匀；3）焊接变形较大；4）焊接接头容易产生裂纹。

钢与铝焊接时，存在以上困难，必须采取特殊的工艺措施和选择合适的焊接方法，才能获得满意的焊接接头，如采用摩擦焊、楔焊法、真空扩散法等焊接方法又不符合现场实际情况。

因此，使用钢铝转换接头可有效避免焊接难度，提高焊接质量。

2钢铝转换接头焊接特点及主要问题钢铝转换接头一般是通过机械压紧方法使钢与铝形成接头。

在使用过程中，接头铝部分与铝材质焊接，钢部分与钢材质焊接。

但由于钢与铝的热导率、线性膨胀系数相差较大（见表1），焊接时易引起接头部分严重变形，甚至导致裂纹。

因此，如何掌握焊接工艺是保证钢铝转换接头焊接质量的关键。

表1铝的热特性值（与铁、铜的比较）3钢铝转换接头焊接工艺利用机械加工方法车削坡口；坡口形式可根据焊接方法，焊接条件，使用目的来确定，主要依据ASMEB16.25中的壁厚划分及坡口形状，并使其符合ASME ，ANSI 等相应标准。

钢铝异种金属搅拌摩擦焊背景及问题

钢与铝焊接存在的主要问题
1.钢的熔点比铝的高，焊接过程中，铝完全熔化为液态时，钢仍处于固态，且两者密度相差很大，液态铝浮在钢表面上，冷却结晶后焊缝成分不均匀； 2.焊接过程中，铝母材表面形成难熔的Al2O3氧化膜，阻碍液态金属的结合，并且容易产生夹渣； 3.热导率、线膨胀系数相差很大，焊后接头变形严重，并且存在有很大的残余应力，易产生裂纹； 4.铁在铝中固溶度几乎为零，且铁与铝可以产生多种硬而脆的金属间化合物，如FeAl，FeAl2，FeAl3，Fe2Al5，Fe2Al7及Fe4Al3等，增加了焊接接头的脆性，降低了其塑性和韧性。
但是陶瓷材料价格昂贵，且供应源不足，故采用焊接前预热钢板的方法，
以降低钢板的硬度，提高搅拌头的使用寿命，节约成本。
搅拌摩擦焊的优点
1.搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，焊前不需要开坡口，节省工时； 2.焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料 3.焊接热输入小，从而导致焊接变形小、接头残余应力水平低，是一种低应力、小变形焊接技术
4.焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术
5.焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术
焊接速度
下压力
搅拌头的类型
搅拌针的发展过程：光面圆柱体大沟槽螺纹普通圆柱螺纹其他更复杂的形状锥形螺纹
圆锥螺纹型搅拌头
带螺旋槽的搅拌头
钢/铝搅拌摩擦焊的背景
基于搅拌摩擦焊的优点 1.焊接接头力学性能好、焊后变形小、残余应力小、焊接成本低、效率高及适用范围广等特点。
基于钢/铝焊接件的使用需求 2.铝合金密度低、耐蚀性好、可焊接加工；钢铁材料资源丰富，稳定性好；钢/铝焊接件可使交通运输工具轻量化，具有很好的经济效益。
搅拌摩擦焊的应用领域

铝合金和电工钢片之间的摩擦系数

铝合金和电工钢片之间的摩擦系数
铝合金和电工钢片之间的摩擦系数受到多个因素的影响，包括材料的表面粗糙度、接触压力、温度、润滑条件等。

因此，摩擦系数可能会在不同的条件下发生变化。

一般来说，铝合金和电工钢片之间的摩擦系数通常在 0.2 到 0.5 之间。

然而，这个范围只是一个大致的估计，实际的摩擦系数可能会根据具体的应用和测试条件而有所不同。

为了获得更准确的铝合金和电工钢片之间的摩擦系数，最好进行实际的实验测试。

这样可以考虑到特定材料的表面处理、润滑情况以及所施加的载荷等因素，从而得到更精确的摩擦系数值。

在实际工程应用中，为了降低摩擦和磨损，可以采取一些措施，如使用适当的润滑剂、改善表面粗糙度、选择合适的材料配对等。

这些方法可以有效地控制铝合金和电工钢片之间的摩擦系数，提高机械系统的性能和寿命。

需要注意的是，摩擦系数是一个复杂的物理参数，受到许多因素的影响。

因此，在设计和工程应用中，应该根据具体情况进行实验和分析，以获得准确的摩擦系数值，并采取相应的措施来优化系统的性能。

如果你需要更具体的摩擦系数数据，建议参考相关的材料手册、研究论文或咨询专业的材料工程师。

摩擦搅拌焊接实验报告

摩擦搅拌焊接实验报告摩擦搅拌焊接（Friction Stir Welding，FSW）是一种先进的金属焊接技术，广泛应用于飞船、船舶、航空、汽车等领域。

本实验主要通过摩擦搅拌焊接工艺进行铝合金的焊接，对焊接接头的力学性能和金相组织进行研究与分析。

实验步骤：1. 准备材料：选取两块相同尺寸的6061铝合金板材进行焊接。

板材表面清洁干净，以保证焊接效果。

2. 确定焊接参数：根据铝合金的材料性能，选择合适的转速和下压力。

转速一般为500-2000转/分钟，下压力一般为5-20 kN。

3. 进行焊接：将两块板材对接，夹紧固定在焊接夹具中。

焊接搅拌头放在板材连接处，并开启电机。

根据焊接参数，控制转速和下压力。

焊接头在高速旋转摩擦过程中，通过机械搅拌使连接处金属软化并混合，形成连续的焊缝。

4. 修整焊缝：焊接完成后，用金属锉刀去除焊接缝表面的毛刺和凸起部分。

5. 金相组织观察：将焊接接头的横截面进行金相组织观察，使用金相显微镜观察焊缝区域和热影响区的组织变化。

6. 力学性能测试：对焊接接头进行拉伸试验和硬度测试，测试焊缝区域的强度和硬度。

结果与讨论：根据实验结果，摩擦搅拌焊接获得的铝合金焊接接头具有明显的优势。

通过金相组织观察，焊缝区域晶粒细化，高温区发生晶格重组和析出相变化。

焊缝区域具有优良的力学性能和硬度。

拉伸试验结果显示，摩擦搅拌焊接接头的强度高于基材，接近基材强度，焊缝区表现出良好的塑性延展性。

硬度测试结果显示，焊接接头的硬度略高于基材，说明焊缝区存在一定的形变硬化效应。

总结与展望：本实验通过摩擦搅拌焊接工艺进行铝合金的焊接，并对焊接接头的力学性能和金相组织进行了研究。

实验结果表明，摩擦搅拌焊接获得的铝合金焊接接头具有良好的力学性能和硬度。

但是，还需要进一步研究焊接参数对焊接接头性能的影响，优化焊接工艺以提高焊接质量。

此外，还可以研究不同材料的焊接接头的力学性能和金相组织，扩大该焊接技术的应用范围。