异种金属的焊接

异种金属的焊接

本文对异种金属（铝-钢、铜-钢、钛-钢、Mg/Al、Ti/Al、Cu/Al）的焊接研究现状、异种金属的焊接应用、异种金属的焊接发展等方面进行了分析，希望对异种金属的焊接研究有所裨益

焊接在现代的工业生产中，已成为一种重要的金属加工工艺方法，广泛地应用于造船、航空、航天、汽车工业及机械制造等许多现代工业部门, 随着科学技术的发展，异种金属的焊接技术发展越来越快，并且质量要求也越来越高。为适应焊接技术发展的需要，研究异种金属的焊接工艺技术已成为焊接领域的一种发展趋势。

1 异种金属的焊接研究现状

1.1 铝钢异种金属焊接研究现状

近年来，环保问题越来越受到重视，汽车工业为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量，因此对汽车用材料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其中的重要措施之一, 所以在汽车工业生产中，采用“钢+铝”双金属焊接结构成为汽车轻量化的首选方案，这必然涉及到铝和钢两种材料之间的连接。

目前，应用于铝和钢连接的焊接方法主要有：压焊（滚焊与爆炸焊、摩擦焊、搅拌摩擦焊）、钎焊、熔焊、扩散焊、电弧焊、激光焊和磁脉冲焊等。

铝钢之间的焊接，一直是焊接领域的难点和热点问题，其中脆性金属间化合物的生成是影响接头性能的主要因素。压力焊和钎焊由于基体可以在焊接过程中保持

固态，同时焊接热输入容易控制，因此接头的性能一般不受限于金属间化合物的厚度，比较适于铝钢之间的焊接，但是这种焊接方法效率较低，对工件的尺寸和形状有特殊的要求，不适于大批量生产。而熔焊方法比较灵活，效率较高，但是金属间化合物又成为不可避免的附加产物。虽然采用熔钎结合的方法已经获得了很好的效果，但是对于金属间化合物的生长动力学以及如何促进铝合金熔体润湿钢板表面等方面还没有系统研究，因此，解决上述问题对于促进高效的焊接方法在铝钢焊接中的应用具有重要的意义。

1.2 铜钢异种金属焊接研究现状

随着经济的迅速发展和科学技术的不断进步，新材料、新工艺、新设备不断涌现，对零部件的性能提出了更高的要求。采用钢和铜复合零部件, 因在性能与经济上优势互补，具有广阔的应用前景。

世界各国的研究者对铜和钢的焊接进行了实验和理论分析，目前常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和熔焊-钎焊[4]等。

每种方法都具有各自的特点和应用范围。其中冷金属过渡焊接是一种比较新的焊接方法，应用前景广阔。在铜-钢焊接接头结合机理方面的研究, 多集中于对青铜和钢焊接后的接头组织方面，对于紫铜与钢的焊接还需要进行进一步探讨。

1.3 钛钢异种金属焊接研究现状

用熔焊焊接钢与钛及钛合金，焊缝产生TiFe、TiFe2及TiC脆性化合物, 焊后容

易产生裂纹，因此一般不采用熔焊方法（指焊条电弧焊、埋弧自动焊及CO2气体保护焊）。在焊接生产中, 多采用真空扩散焊、真空电子束焊、钎焊及氩弧焊等方法可获得优良的钢与钛及钛合金的焊接接头[6]。

钛合金与高强钢是广泛地用于航空航天、空间技术、核能、船舶等武器装备领域的重要材料，钛合金与不锈钢的连接可以采用真空钎焊、扩散焊、摩擦焊等方法，能够获得性能良好的接头。航空某部件中存在 TC4钛合金与42CrMo钢之间的连接，采用扩散焊和钎焊的方法获得优质的接头。

航天器推进系统中的异种金属导管结构大量采用了钛合金与不锈钢，它们之间至今还采用机械连接加密封胶脂的组合方法进行连接，密封程度低、接头性能差，并且密封物质一旦侵入导管结构内部，将会造成严重的后果。采用高频感应钎焊的方法，能够获得高密封性能、高力学性能的钎焊接头，杜绝了杂质侵入导管结构中的可能性，并且能够大大提高一次连接的成功性和生产效率[7]。

1.4 Mg/Al异种金属的焊接研究现状

目前镁合金的研究和开发应围绕提高材料的强度、塑性、韧性、抗腐蚀以及抗疲劳等综合性能来开展，新型合金的开发可通过采用新的合金元素、新的抗腐蚀处理工艺等途径实现。除了镁合金的设备开发、合金系研发、熔炼外，镁合金研究的一个关键问题是镁合金与其他金属的焊接问题。Mg 和Al的表面容易形成氧化膜（MgO、Al2O3），采用一般的焊接工艺难以得到良好的焊接接头，并在焊缝中

极易形成大量的Mg-Al系脆性金属间化合物。因此，采用先进的连接方法对Mg/Al 异种金属进行焊接是目前非铁金属材料焊接领域的前沿课题。

Mg/Al异种金属的焊接研究目前主要集中在焊接方法选择、焊接参数、填充材料以及焊接接头组织性能等几个方面。目前采用的焊接方法主要是熔焊和固相焊，例如，钨极氩弧焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、电阻点焊以及扩散焊等。

Mg、Al均属于轻质非铁金属材料, 被广泛应用于航空航天、汽车、电子等高新领域，Mg和Al的焊接问题则是其作为实用工程材料必然涉及的一个问题。目前的研究中接头结合区易形成高硬度的Mg-Al系脆性相，会严重降低接头组织的塑性，因此母材及焊接方法的选用将成为今后Mg和Al焊接的重点。进一步开展Mg和Al的焊接工艺和基础理论研究，对推动Mg/Al异种金属焊接接头应用有重要的意义[8]。

1.5 Ti/Al异种金属的焊接研究现状

铝合金和钛合金可采用熔钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊、摩擦焊、扩散焊和超塑成型/扩散连接等方法来连接，铝合金与钛合金都是易氧化的金属、相互溶解度非常小、高温吸气性很大、易形成脆性化合物等问题，因此连接时还是存在一定的困难。熔钎焊的方法与铝合金和钢之间的连接相似，受接头型式的限制。摩擦焊铝合金与钛合金需要添加纯铝作为中间层，能获得塑形相当好的焊接接头。扩散焊方法的应用需要铝合金与钛合金之间形成楔形的沟槽，通过铝合金的变形

与扩散而形成接头。与铝合金和不锈钢之间的钎焊相同，采用真空钎焊方法由于焊接时间较长，容易产生金属间化合物，而影响接头性能，最好能够在钛合金表面镀Ni然后焊接, 能够获得良好的接头性能。采用高频感应钎焊方法，加热时间非常短，金属间化合物还来不及产生，因而获得了力学性能和密封性能都非常好的接头。

1.6 Cu/Al异种金属的焊接研究现状

工业纯铜的熔点为1083℃，密度为8.9g/cm3，是一种逆磁性物质，导电、导热性非常好，极易氧化。纯铝的熔点为660℃，密度为2.7g/cm3，导热导电性仅次于铜、银。铜和铝都容易氧化, 但抗腐蚀性能好。

铜与铝可以采用钎焊、熔焊和压焊的方法进行焊接，生产中常用的方法有：钎焊、摩擦焊、冷压焊。冷压焊是一种很有发展前途的焊接方法，尤其是焊接塑性变形量较大的异种金属更为合适。

铝合金与其它材料的连接还有铝铜双金属片、铝铜导管结构、铝铜散热器、铝铜热管结构等。

2 异种金属的焊接应用

随着镁合金在汽车、电子、航空航天等高新技术领域的逐渐推广应用, 镁合金与