铝和钢异种金属焊接发展现状
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第 ２ｌ卷 第 ２期 ２０１１年 ２月
长 春 大 学 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＣＨ ＵＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．２１ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２０１１
铝 和 钢 异 种 金 属 焊 接 发 展 现 状
杨 阳 ，石 岩
（长 春 理 丁 大 学 机 电工 程 学 院 ，长 春 １３００２２）
Ｏ 引 言
近年 来 ，由于能源 问题 和 车辆 尾气 排放 问题 的 日益 严重 ，汽 车轻 量化 得 到世界 各 国越来 越 多 的重 视 。铝 合金 具有 强度 高 ，质 量轻 等 特点 ，使用 铝合 金 来代 替 钢部 件 可 以有 效 地减 少 车 身 重 量 。此 外 ，铝合 金 和 钢 的 混合 结构 在航 空 、化 工 、国防等工 业 部 门均有 广泛 的应 用 。但 使 用 热力 学 方 法很 难 将 铝 和 钢 连接 在 一起 ，这 主要 是 由于铝 和钢 的焊 接接 头有 金 属 间的脆 性物 质 ，从 而降低 了接头 的力 学性 能 。＿ｌ卜［３ ３
１ 铝和钢 的压 焊
’
滚焊 和爆 炸焊 用来 制 备铝 钢 复合板 。王建 民 使 用 ５０８３防锈 铝 合 金 ，Ｑ２３５钢进 行 了铝合 金 一纯 铝 一 钢爆 炸复 合板 。使 用纯 铝 １０６０为 中问过 渡层 。如 图 １所 示 ，复 合 板 的铝 合 金 一纯铝 界 面 呈 正 弦波 形 ，纯 铝 一 钢 的结 合 面近似 直线 结合 。结 合 界 面 的剪 切 强 度 在 ７５ＭＰａ以上 。纯 铝 一钢 的 结合 界 面 有 金属 间化 合 物 生成 ，且硬 度 值达 最高 。作 者认 为 高塑性 变 形 和高应 变 率导致 材 料 的高 密度位 错 以及 动态再 结 晶 ，导 致金 属 硬度值 提 高 。复合板 的硬化 对其 使用 性 能很 不利 。
近年来 众 多学 者对 铝一 钢异 种 材料 连接 进行 了详 细 的研究 ，焊接方 法 几乎 涉及 到焊 接领 域 的各种 方法 ， 大体 上 分为压 焊 ，搅拌 摩擦 焊 ，钎 焊 ，熔 焊 。文 中分别 阐述 了这 几种 方法 的研 究现 状 ，比较 了 四种 方法 的优 势 与 劣势 ，对今 后 的研究 进行 展 望 。
２ 铝和钢的搅拌摩擦焊
德 国航 空航 天 中心 研究 所 Ｈｕｓｅｙｉｎ Ｕｚｕｎ 等 人使 用摩 擦 搅拌 焊 对铝合 金 和不 锈钢 进行 焊 接 。如 图 ４所
收 稿 日期 ：２０１０—１１—１７ 作 者 简 介 ：杨 阳 （１９８５一），男 ，辽 宁 沈 阳人 ，硕 十 研 究 生 ，主要 从 事 机 光 加 工 技 术 方 面 研 究 。
种 焊 接 方 式在 实 际 生 产 中的 不 足 ，并 对 铝 钢 焊 接 研 究 方 向 进 行 展 望 。
关 键 词 ：铝 和 钢 ；异 种 金 属 ；焊接 ；金 属 间脆 性 化 合 物 层
中 图 分 类 号 ：ＴＧ４５６．７
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００９—３９０７（２０１１）０２—００２１—０５
摘 要 ：对 近 年 来铝 钢 焊 接 的 各 种 常 见 的 焊 接 方 法 （压 焊 ，搅 拌摩 擦 焊 接 ，钎 焊 ，熔 焊 ）进 行 综 述 ，认 为 铝 铜 的异 种 材 料 焊接 关键 在 于 对金 属 间脆 性 化 合 物 层 进 行 控 制 。详 细介 绍 了压 焊 ，钎 焊 在 控 制 化 合 物 层 厚 度 上 的 优 势 。指 出各
ＫｏｊｉＮｉｓｈｉｍｏｔｏ 使 用 激光 压 力 焊 接 镀 锌 钢 和纯 铝 （如 图 ３所 示 ）。实验 中 ，作 者使 用 不 同 工 艺 参 数 焊 接 两 种 金 属 。当 压 轮 的 图１ 低倍显微镜铝合金 一纯铝 一钢界面形态
压力 超 过 １．９６ｋＮ，激 光 功 率 等 于或 小 于 １４００Ｗ 时 ，接 头 强度 较 高 。在 拉 伸 试 验 或 者 剥 离 实 验 中 ，样 品 在 Ａ１０５０基体 处失 效 。
Ｍ．Ｋｕｔｓｕｎａ，Ｍ．Ｒａｔｈｏｄｓ 使 用 激 光 滚 压 焊 来 焊 接 镀 锌 钢 和 ６０００铝合 金 。焊接 过程 如 图 ２所 示 。 当焊 接 速 度变 化 时 ，化 合 物 层 厚度 减小 ，界 面热循 环 的 改变 对 金 属 问脆 性 物 质层 的形 成产 生 影 响 。作 者 认为 通过 压轮 可 以实 现 钢板 与铝 合 金 板 的 良好 接 触 ， 实 现热 量从 钢 板 向铝 板 快 速 的传 递 。金 属 问 脆 性 物 质 层 主要 成 分 为脆性 物 质 ＦｅＡ１ 。当金 属 问化合 物层 的厚度 小于 １０ｔｘｍ 时 ，样 品断裂在 镀 锌钢 的基 体金 属 中 。
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Ｓｈｉ。
图 ２ 激 光滚 压 焊 的 实验 原 理 图
图 ３ 激 光 压 力 焊接 的 实验 原 理 图
Ｔａｋｅｈｉｋｏ Ｗａｔａｎａｂｌｅ。。 等 人使用 搅拌摩 擦 焊 接 ＳＳ４００和 Ａ５０８３。作 者认 为 在低 转 速 下 焊 缝 温度 增 长 不
够 ，导致 焊接接 头在短 时 间内烧坏 。在 高转 速 下 ，温 度 增 长快 导 致 铝合 金 中的 镁燃 烧 ，无 法 得 到完 美 接 头 。 在 焊头旋 转速度 为 ２５０ｒｐｍ时 ，焊 缝 的形 貌较好 并且 得到 较高 的抗拉 强度 。
石 岩 （１９７２一），男 ，辽 宁 抚 顺 人 ，副 教 授 ，博 十 ，主 要 从 事 机光 加 工 技 术 方 面 研 究 。
长 春 大 学 学 报
第 ２１卷
示 。焊缝 退却 ＴＭＡＺ相对 于焊缝增 长 ＴＭＡＺ的硬度 值显 著减少 。焊 点熔 核 出现 了分散 的不锈 钢微 粒 。在 焊 接退 却 区距离焊缝 中心 ６—１】ｍｍ 的位置处 硬度 值达 到 最小 。铝 合 金 和不 锈钢 焊 接 接头 的疲 劳 强度 比铝合 金 ６０１３一Ｔ６低 ３０％ 。
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ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＣＨ ＵＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．２１ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２０１１
铝 和 钢 异 种 金 属 焊 接 发 展 现 状
杨 阳 ，石 岩
（长 春 理 丁 大 学 机 电工 程 学 院 ，长 春 １３００２２）
Ｏ 引 言
近年 来 ，由于能源 问题 和 车辆 尾气 排放 问题 的 日益 严重 ，汽 车轻 量化 得 到世界 各 国越来 越 多 的重 视 。铝 合金 具有 强度 高 ，质 量轻 等 特点 ，使用 铝合 金 来代 替 钢部 件 可 以有 效 地减 少 车 身 重 量 。此 外 ，铝合 金 和 钢 的 混合 结构 在航 空 、化 工 、国防等工 业 部 门均有 广泛 的应 用 。但 使 用 热力 学 方 法很 难 将 铝 和 钢 连接 在 一起 ，这 主要 是 由于铝 和钢 的焊 接接 头有 金 属 间的脆 性物 质 ，从 而降低 了接头 的力 学性 能 。＿ｌ卜［３ ３
１ 铝和钢 的压 焊
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滚焊 和爆 炸焊 用来 制 备铝 钢 复合板 。王建 民 使 用 ５０８３防锈 铝 合 金 ，Ｑ２３５钢进 行 了铝合 金 一纯 铝 一 钢爆 炸复 合板 。使 用纯 铝 １０６０为 中问过 渡层 。如 图 １所 示 ，复 合 板 的铝 合 金 一纯铝 界 面 呈 正 弦波 形 ，纯 铝 一 钢 的结 合 面近似 直线 结合 。结 合 界 面 的剪 切 强 度 在 ７５ＭＰａ以上 。纯 铝 一钢 的 结合 界 面 有 金属 间化 合 物 生成 ，且硬 度 值达 最高 。作 者认 为 高塑性 变 形 和高应 变 率导致 材 料 的高 密度位 错 以及 动态再 结 晶 ，导 致金 属 硬度值 提 高 。复合板 的硬化 对其 使用 性 能很 不利 。
近年来 众 多学 者对 铝一 钢异 种 材料 连接 进行 了详 细 的研究 ，焊接方 法 几乎 涉及 到焊 接领 域 的各种 方法 ， 大体 上 分为压 焊 ，搅拌 摩擦 焊 ，钎 焊 ，熔 焊 。文 中分别 阐述 了这 几种 方法 的研 究现 状 ，比较 了 四种 方法 的优 势 与 劣势 ，对今 后 的研究 进行 展 望 。
２ 铝和钢的搅拌摩擦焊
德 国航 空航 天 中心 研究 所 Ｈｕｓｅｙｉｎ Ｕｚｕｎ 等 人使 用摩 擦 搅拌 焊 对铝合 金 和不 锈钢 进行 焊 接 。如 图 ４所
收 稿 日期 ：２０１０—１１—１７ 作 者 简 介 ：杨 阳 （１９８５一），男 ，辽 宁 沈 阳人 ，硕 十 研 究 生 ，主要 从 事 机 光 加 工 技 术 方 面 研 究 。
种 焊 接 方 式在 实 际 生 产 中的 不 足 ，并 对 铝 钢 焊 接 研 究 方 向 进 行 展 望 。
关 键 词 ：铝 和 钢 ；异 种 金 属 ；焊接 ；金 属 间脆 性 化 合 物 层
中 图 分 类 号 ：ＴＧ４５６．７
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００９—３９０７（２０１１）０２—００２１—０５
摘 要 ：对 近 年 来铝 钢 焊 接 的 各 种 常 见 的 焊 接 方 法 （压 焊 ，搅 拌摩 擦 焊 接 ，钎 焊 ，熔 焊 ）进 行 综 述 ，认 为 铝 铜 的异 种 材 料 焊接 关键 在 于 对金 属 间脆 性 化 合 物 层 进 行 控 制 。详 细介 绍 了压 焊 ，钎 焊 在 控 制 化 合 物 层 厚 度 上 的 优 势 。指 出各
ＫｏｊｉＮｉｓｈｉｍｏｔｏ 使 用 激光 压 力 焊 接 镀 锌 钢 和纯 铝 （如 图 ３所 示 ）。实验 中 ，作 者使 用 不 同 工 艺 参 数 焊 接 两 种 金 属 。当 压 轮 的 图１ 低倍显微镜铝合金 一纯铝 一钢界面形态
压力 超 过 １．９６ｋＮ，激 光 功 率 等 于或 小 于 １４００Ｗ 时 ，接 头 强度 较 高 。在 拉 伸 试 验 或 者 剥 离 实 验 中 ，样 品 在 Ａ１０５０基体 处失 效 。
Ｍ．Ｋｕｔｓｕｎａ，Ｍ．Ｒａｔｈｏｄｓ 使 用 激 光 滚 压 焊 来 焊 接 镀 锌 钢 和 ６０００铝合 金 。焊接 过程 如 图 ２所 示 。 当焊 接 速 度变 化 时 ，化 合 物 层 厚度 减小 ，界 面热循 环 的 改变 对 金 属 问脆 性 物 质层 的形 成产 生 影 响 。作 者 认为 通过 压轮 可 以实 现 钢板 与铝 合 金 板 的 良好 接 触 ， 实 现热 量从 钢 板 向铝 板 快 速 的传 递 。金 属 问 脆 性 物 质 层 主要 成 分 为脆性 物 质 ＦｅＡ１ 。当金 属 问化合 物层 的厚度 小于 １０ｔｘｍ 时 ，样 品断裂在 镀 锌钢 的基 体金 属 中 。
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Ｓｈｉ。
图 ２ 激 光滚 压 焊 的 实验 原 理 图
图 ３ 激 光 压 力 焊接 的 实验 原 理 图
Ｔａｋｅｈｉｋｏ Ｗａｔａｎａｂｌｅ。。 等 人使用 搅拌摩 擦 焊 接 ＳＳ４００和 Ａ５０８３。作 者认 为 在低 转 速 下 焊 缝 温度 增 长 不
够 ，导致 焊接接 头在短 时 间内烧坏 。在 高转 速 下 ，温 度 增 长快 导 致 铝合 金 中的 镁燃 烧 ，无 法 得 到完 美 接 头 。 在 焊头旋 转速度 为 ２５０ｒｐｍ时 ，焊 缝 的形 貌较好 并且 得到 较高 的抗拉 强度 。
石 岩 （１９７２一），男 ，辽 宁 抚 顺 人 ，副 教 授 ，博 十 ，主 要 从 事 机光 加 工 技 术 方 面 研 究 。
长 春 大 学 学 报
第 ２１卷
示 。焊缝 退却 ＴＭＡＺ相对 于焊缝增 长 ＴＭＡＺ的硬度 值显 著减少 。焊 点熔 核 出现 了分散 的不锈 钢微 粒 。在 焊 接退 却 区距离焊缝 中心 ６—１】ｍｍ 的位置处 硬度 值达 到 最小 。铝 合 金 和不 锈钢 焊 接 接头 的疲 劳 强度 比铝合 金 ６０１３一Ｔ６低 ３０％ 。