钢_铝异种金属连接工艺的研究现状
浅议汽车钢铝异种金属焊接技术
浅议汽车钢铝异种金属焊接技术铝合金具有密度小，比刚度和比强度高，导热、导电性能好，抗腐蚀破坏能力优异及良好的加工性能等一系列优点，被广泛用到航空航天、交通工具等领域。
汽车工业中大多采用铝合金代替钢材的方法来减轻车身重量，钢、铝异种金属的连接逐渐增多，因此，钢、铝异种金属间的焊接成为轻量化汽车制造过程中的重要工艺之一。
然而，钢和铝两种金属材料在物理和化学性能方面存在着巨大的差异，并且钢与铝的固溶度非常低，钢与铝在焊接过程中容易形成大量的脆性金属间化合物，焊接时容易出现裂纹、未熔合等，会导致接头力学性能大大降低。
因此，钢、铝异种金属焊接非常困难，是一大技术难点，加强钢与铝异种金属焊接技术的研究，对于推动钢与铝异种金属的连接及应用具有重要的意义。
一、铝和钢异种金属的焊接性分析当要焊接的两种金属的物理、化学性能相差较大，且互溶性很低时，极容易产生大量脆硬性金属间化合物，从而严重降低异种金属焊接接头的力学性能。
脆性金属间化合物对异种金属焊接接头力学性能的影响程度与其成分、形貌特征及分布状态有关。
当金属间化合物属于高脆硬相，且以针状或层片状出现在界面处时，会割裂基体，严重增大焊接接头的脆性断裂倾向，导致接头的力学性能恶化；当金属间化合物脆硬性较低，同时呈现细小颗粒状弥散分布在焊接接头时，此时它对接头力学性能的恶化作用有所减弱。
当两种金属材料之间的物理化学性能接近，而且同时能够形成间隙式连续固溶体或者具有较高的互溶性，即异种金属间具有“冶金学上的相容性”时，可以实现异种金属材料之间的有效连接。
铝和钢异种金属的主要热物理性能相差很大，性能上的差异往往会导致铝、钢焊接性较差，主要表现在以下几个方面：1.由于铝和钢的熔点相差800～1000K，两者的溶点差异性明显，当低熔点的铝及铝合金已经完全熔化时，钢还保持着固体加热状态，两者不会形成冶金结合，而是铝液漂浮在钢材表面，这就使得两者很难发生熔合现象；两者密度相差也比较大，当钢完全熔化时，铝液漂浮在钢表面上，使冷却结晶后焊缝成分非常不均匀，严重地降低了焊接接头的质量。
铝钢异种材料焊接研究现状与发展
铝钢异种材料焊接研究现状与发展作者：郑小明来源：《数字化用户》2013年第29期【摘要】当今科技的高速发展无疑让各个领域的技术都得到了滋润的甘露，在工业这一块儿，尤其如此。
改革开放以来，国内一直实行科学发展道路，全面推出可持续发展战略，这就推动了一些产业的技术革新，像铝钢异种材料的焊接技术在新世纪的今天就有了极大的发展。
但是，从总体来讲，这些异种材料的焊接技术发展的速度还比较缓慢，整体上可走向产业化发展。
【关键词】铝钢焊接技术产业化新中国成立以来实行的科技强国战略全面推动了科学技术的发展，越来越高的经济水平也要求相应的“绿色生活”出现，随之而来的需求催化了异种材料混合的诞生，而铝合金就是其中的典型。
铝合金是由铝和钢等其他一些异种材料通过焊接技术得来的焊接物，这种新型的钢材具有轻和硬度强的特点，如今在航天航空业、船舶制造业等机械制造业方面应用得十分广泛。
不过，铝钢这种异种材料焊接则在技术上的要求更高。
这几年，通过国家的大力研究已经研究出了一些焊接技术，像常见的激光焊、钎焊、电子束焊等等，不过这些技术应用在铝钢的焊接上还存在着一些问题，需要进一步地研究才能推进铝合金材料的大量生产和广泛应用。
一、当下铝钢异种材料焊接存在的情形异种材料的焊接具有一定的难度，尤其是铝钢这一类的金属，既要分析它们各自的活泼程度、熔点等化学属性，同时又要考虑到它们结合的材料是否会具有大众所需的轻、薄等物理属性。
而且，对于一些反映比较大的材料，在接口处可能会出现变形或裂纹，从而导致接口易损且易断。
现如今在铝钢异种材料的应用方面使用得最广泛的焊接技术，莫过于通过熔化来实现焊接的熔焊、利用压力实现焊接结合的压焊以及采用不同种类的钎料来实现异种材料的融合的钎焊。
（一）熔焊技术在铝钢异种材料中的应用所谓熔焊，是非常常见的一种焊接方法，它指的是通过电流、激光和气体等方式来对两种相同和不同的材料进行对接。
在焊接的过程中，熔焊需将焊接接头拿到高温下进行融化，然后再将两个被焊的接头紧紧连接在一起，之后经过冷却、重力等工序完成两个工件的融合。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望随着现代工业的不断发展，钢、铝等金属材料越来越广泛地应用于航空航天、汽车、轮船、火车等领域，因此如何实现这些材料的高效连接成为了一个研究热点。
传统的焊接技术，如电弧焊、气体保护焊等，存在着成本高、工艺复杂、易污染等缺点。
而摩擦焊因其无污染、低成本、高效率等优点，受到了广泛关注。
然而，由于钢和铝之间存在严重的材料差异，铝-钢异种金属摩擦焊变得极具挑战性。
目前，针对铝-钢异种金属摩擦焊问题，研究者结合实验和模型仿真等手段进行了广泛的研究。
研究成果主要涉及以下几个方面：（1）难点问题：铝和钢两种材料在摩擦焊接过程中存在的差异性使得焊接过程非常困难，如界面反应、扭转瞬间的热变形、金属蒸发等问题都需要克服。
而传统的工艺参数无法适用于铝-钢异种金属摩擦焊的情况，因此需要针对性的工艺参数优化。
（2）优化工艺方法：研究者发现，在铝-钢异种金属搅拌摩擦焊中，采用混合力和无负荷起始工艺是一种优化的焊接方法。
混合力可以增加初始焊接质量，无负荷起始可以减小焊接过程中的不均匀性。
（3）材料界面特性：从焊缝的微观结构、硬度分布和断口形貌等方面研究铝和钢之间的界面特性，可以更深入地理解铝-钢异种金属摩擦焊的本质。
（4）金属熔深分析：采用热仿真实验和有限元模拟等手段，对铝-钢异种金属焊接时的金属熔深进行分析，可以为优化焊接工艺提供指导。
未来展望：（1）工艺参数寻优：针对铝-钢异种金属焊接，在工艺参数寻优方面还有待进一步探索，如利用人工智能等技术快速优化焊接参数。
（2）界面反应机理研究：界面反应是阻碍铝-钢异种金属焊接的重要因素，未来需要在深入研究其机理的基础上，开发新的界面调节材料和工艺方法。
（3）高强度焊接研究：针对铝-钢异种金属的高强度焊接需求，需要研究更高效、更稳定的工艺及材料组合。
总之，铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是目前一个富有挑战的问题，但其优越性是显而易见的。
在未来的研究中，应不断深入探索其机理，提高其焊接强度、耐久性和适用范围，从而更好地实现铝-钢异种金属的高效连接。
铝钢异种金属焊接性能的研究
铝钢异种金属焊接性能的研究1. 概述近年来,随着节能减排和环保要求的提高,在保证汽车安全性能的前提下,汽车轻量化成为了汽车工业发展的重要方向.铝以其在地球上的储量大、密度低、比强高、耐腐蚀性强等大量优点,使其在汽车轻量化进程中得到广泛应用.当前大量交运工业都采用了'以铝代钢'的铝/钢焊接复合结构.国内外科研工作者研究了多种铝钢焊接的方法,如扩散焊、爆炸焊、摩擦焊、熔化焊、钎焊、熔钎焊等,但存在异种材料连接强度不高或者连接方法使用范围受限等缺点.冷金属过渡焊(CMT)是一种新型焊接技术,能够实现送丝与焊接中焊丝熔滴过渡的相互协调,具有无飞溅、热输入低和效率高等优点,有着广阔的应用前景.铝/钢界面的金属间化合物及种类将严重影响铝/钢焊接接头性能,而影响CMT焊接工艺性能的主要参数有:焊接电流、焊接时间、电弧电压、焊接速度和送丝速度等.本文基于C M T焊接工艺技术,探究了1050铝合金板和Q235镀锌板焊接接头的微观组织和力学性能.为了使评价指标权重的确定更加科学准确，本文将层次分析法和熵值法结合起来使用，取其权重的综合值作为指标的综合权重.既能够充分考虑专家的知识及经验，又可以减少在指标权重确定的过程中主观随意性影响，使评价结果更加客观可靠[6，8]。
综合权重计算公式为:2. 试验材料及方法选用规格为50mmX250mmX 1mm的1050铝合金板和Q235镀锌板作为焊接材质,焊丝选用直径为1.2mm的ER4043(AlSi5)焊丝.采用奥地利Fronius公司生产的TSP5000CMT数字化冷金属过渡焊机.焊接接头形式为搭接接头,铝合金板在上,镀锌板在下.焊接前先清洗镀锌钢板表面的油污,并在表面涂抹一层特定成分的特种钎剂,置于烘箱中烘干后待用.然后去除铝合金板表面的氧化膜,并用丙酮清洗.铝合金板清理干净后需要立即进行焊接,以防被再次氧化.焊接时的送丝速度为3.9mm/min,焊接速度为300mm/min.焊接后垂直于焊缝取样,分别制备拉伸试样和金相试样.金相试样经镶嵌、研磨和抛光后,先用4%的硝酸酒精腐蚀样品的钢侧,再用0.5%的氢氟酸水溶液腐蚀样品的铝侧,然后在显微镜和扫描电镜下观察组织.拉伸试验在电子万能试验机上进行,拉伸速度为1mm/min.a）电机的工作环境：设备在铺管船作业线室内使用，高盐雾、高湿度、尘土、金属粉尘等污染物较多，环境温度-20℃～+50℃；新型职业农民培养的苏南模式是在江苏经济发达地区全面推动城乡一体化的背景下，针对农村劳动力结构性变化引起的“谁来种地”现实问题，基于职业生涯选择、产业体系转型和生产技能提升的多重需求，将新型职业农民培养与高职院校教学改革相融合，确定了本土化来源的青年学生、现有农业经营主体、传统农民三类培养对象，采用三线耦合的培育路径培养青年职业农民、新型农业经营主体、新型农业生产者，定向培养本土化新型职业农民，形成“校地联动、教产衔接、开放共享、终身学习”的人才培养新模式，将职业养成、职业提升和终身学习有机耦合，实现精准培育和开放培养，从而解决谁来种地和如何种好地的问题(图2)。
铝合金／钢异种金属熔-钎焊技术研究进展
中图分类号 ： Ｔ ４ ７ １ Ｇ ５ ．７
０ 前
言
头 强度 ， 受工 件形 状 和尺 寸 的限制 ， 但 应用 范 围和 接 头
形式受到了很 大的限制。另外 ， 一些传统 的铝合金 与
钢 机械 连接 方法 如铆 接 、 栓 连 接都 有 各 自的不 足 ， 螺 而 不 能满 足 日益 发展 的 铝 合 金／ 复 合 结 构 在 密 封 及 表 钢
铝 与铁 的热 物 理 性 能 相 差 很 大 ， 因而 给 铝 和 钢 的
熔 化焊 带来 了很 多 困难 。表 １列 出了 铝 和铁 的主 要 热
间化合物 ， 严重 恶化接 头的力学性能 ， 而使铝合金／ 从 钢熔化焊接头失去了应用价值 。对于钎焊和摩擦焊等 固相连接方法来说 ， 虽然可以得到较高的铝合金／ 钢接
参考。 １ 铝 与 钢焊 接 时存在 的 问题
焊、 钎焊 、 爆炸焊、 扩散焊 、 电阻焊和激光 焊等 ， 可分 为 熔化 焊 、 焊和 固相 焊 三大 类 。对 熔 化 焊来 说 ， 钎 由于铝
与 钢两 种金 属 在 固态 下 几 乎 不 固溶 ， 热 物 理 性 能差 且
异较 大 ， 焊 接接 头 内极 易生成 硬 而脆 的 Ｆ 在 ｅ—Ａ 金属 １
收稿 日期 ： ０ ０—１ ２ ２ １ ０— ９
物理性能参数Ｈ 。 Ｊ 从表中数据可知 ： （ ）由于铝和钢 的熔 点和密度相差均 比较大 ， １ 当 钢完全熔化时 ， 液态铝浮在钢表面上 ， 冷却结晶后焊缝 成分很不均匀 ， 严重降低 了接头的质量 。此外 ， 铝易氧
基金 项 目： 国家 自然科学基金资助 项 目（ ０ ０ ０ ９ ； ５ ９ ５９ ） 教育部博士 点基金
【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。
铝钢异种材料焊接研究现状与发展
铝钢异种材料焊接研究现状与发展铝钢异种材料的焊接是一种常用的重要连接方式，它是在热加工的情况下，把两种不同的金属或非金属材料经由填充材料的辅助焊接而成为一体，从而达到坚固连接、结构固定和抗外力作用的效果。
近年来，随着技术的发展和铝钢异种材料应用的增多，铝钢异种材料焊接成为一种重要的焊接方式。
本文就铝钢异种材料焊接研究现状与发展进行综述，旨在进一步发展铝钢异种材料焊接技术，为科学研究提供一定的理论基础。
一、钢异种材料焊接的基本性能铝钢异种材料焊接具有良好的工艺性能，可以实现快速焊接、结构化焊接及定位精度的控制。
同时，铝钢异种材料焊接具有一定的高温耐受性和抗腐蚀性，不易因外部温度和湿度的变化而受到影响。
有限度的改变焊缝结构可增加材料的强度和耐磨性，以及抗腐蚀性、颜色不变性等性能。
但是，由于铝钢异种材料的焊接过程中易受到外部的机械应力和温度、湿度的影响，所以必须采取一定的措施来控制这些因素。
并且由于材料的物理、化学性能不同，对焊接后材料结构形状、强度、粘接性和可靠性的要求也不同，因此在选择焊接方式和技术参数时，需要综合考虑这些因素。
二、究现状铝钢异种材料焊接的研究现状主要包括焊接技术及研究、基础研究及数值模拟、材料及材料组合研究等方面。
在发展的过程中，各种焊接方法的性能也有所提高，如单晶焊接（SMAW）、电弧焊接（MMAW）及埋弧焊接（TIG）等。
焊接参数的研究也不断深入，如焊接电流、电压、材料厚度、温度和湿度等。
相关研究成果表明，改变不同参数可以改变焊接特性，改善焊接质量和提高焊接性能。
基础研究的重点是研究焊接温度的分布情况，以及焊缝中残余应力和应变的分布状况等。
不同的焊接方式，焊接温度的分布会有所不同，也会影响焊接的质量和性能。
相关研究成果表明，如使用半结晶或全结晶焊接、无用氩气填充焊接等较新的技术可以显著改善焊接质量。
对于Ⅱ型铝钢异种材料焊接，如不锈钢/铝、铝/铁、铝/铜等，目前主要进行材料组合的研究，以及进行c温度和弹性的考察。
异种金属的焊接
异种金属的焊接本文分析了异种金属焊接的研究现状、应用和发展趋势，旨在为异种金属焊接研究提供帮助。
焊接是现代工业生产中的重要金属加工工艺方法，广泛应用于造船、航空、航天、汽车工业和机械制造等领域。
随着科学技术的发展，异种金属的焊接技术发展越来越快，质量要求也越来越高。
因此，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，汽车工业为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量，对汽车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。
因此，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、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。
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-钎焊等。
不需要删除明显有问题的段落。
每种焊接方法都有其独特的特点和适用范围。
其中，冷金属过渡焊接是一种相对较新的焊接方法，具有广阔的应用前景。
核电异种金属焊接材料及方法研究现状
核电异种金属焊接材料及方法研究现状摘要：核电是重要的清洁能源发电方式，对于提高我国能源结构、保护环境具有重要意义。
异种金属焊接是核电设备制造和维护中的关键技术之一。
由于不同金属的化学成分和物理性质差异，异种金属焊接所面临的挑战也相当巨大。
积极开展异种金属焊接材料及方法的研究工作，旨在提高核电设备的可靠性和安全性。
关键词：核电异种金属；焊接材料方法；现状引言随着核电行业的快速发展，对异种金属焊接材料与方法的研究需求日益增加。
相关企业在进行广泛的研究，试图找到更有效、可靠的异种金属焊接材料和方法，以满足核电设备的高要求。
这些研究涉及材料工程、焊接工艺、界面反应等方面，为核电异种金属焊接技术的发展提供了重要支撑。
1异种金属焊接的意义异种金属焊接是指在焊接过程中将不同种类的金属材料连接在一起，在核电中具有重要的意义。
（1）在核电行业的发展中，对于异种金属焊接材料的需求日益增加。
核电站是清洁能源的重要组成部分。
在核电站的建设和运营过程中，许多部件需要使用不同种类的金属材料进行焊接，如不锈钢、铜合金等。
这些部件承受着巨大的压力和温度变化，要求焊接材料具有良好的强度、耐腐蚀性和抗氧化性。
（2）异种金属焊接的意义在于能够实现不同金属之间的可靠连接，确保核电站内部各种设备和管道的正常运行。
比如，在核反应堆的压力容器中，需要将不锈钢和铜合金焊接在一起，以确保容器的密封性和安全性。
异种金属焊接还可以实现不同材料之间的传热和传质，提高核电站的效率和运行稳定性。
异种金属焊接在核电行业，能够满足不同金属材料之间的连接需求，保证设备和结构的完整性。
2异种金属焊接材料的类型异种金属焊接材料是指在焊接过程中将不同种类的金属材料连接在一起。
这种焊接过程常用于工业制造和建筑领域，可以实现不同金属材料之间的连接和组装。
主要类型：（1）纯金属焊接材料：这些材料通常是由纯金属制成的焊条或焊丝，适用于焊接相似金属材料之间的连接。
常见的纯金属焊接材料包括铜、铝、钢等。
关于铝钢异种金属焊接的研究
关于铝钢异种金属焊接的研究1 前言在各种加工制造领域里，铝及铝合金应用非常广泛，因为铝合金质量轻、塑性好、耐腐蚀性强,铝合金已经成为当前得到广泛使用的一种轻金属。
在工业领域的发展过程中，钢作为一种最为普遍、最为常用的黑色金属，在机械制造业中处于非常重要的地位。
就目前制造业的发展情况来看，随着铝及铝合金结构件的广泛应用，铝与钢的连接问题越来越受到人们的深切关注。
一般情况，钢和铝的连接方式包括两种：(1)粘接。
粘接指的是在铝和钢的连接中，连接接头的机械强度非常有限，一般情况不太适合超强度的焊接要求，通常只是适用于一些对接头强度要求不是很高的情况；(2)机械连接。
在机械连接的过程中，连接的气密性很难保证，但是机械连接能够实现高强度的连接接头。
与此同时，还有一个问题就是机械连接后往往会留下明显的连接痕迹，这种缺点不能满足那些对表面要求相对较高的工件。
在异种金属的连接中，焊接是一种最常用的连接手段，广泛应用在异种金属的连接中。
2 铝钢异种金属的焊接性铝与钢的金属性能有很大的差异。
铝与钢焊接性较差的主要原因就是铝与钢性能的差异导致的。
铝与钢焊接中存在的主要问题可以归结为以下几点：(1)熔点不同导致焊接中的问题。
由于钢的熔点比铝的熔点高，所以一般情况下，在焊接过程中,当钢还处在固态的时候，铝已经完全熔化为液态,当钢完全融化了以后，两者的密度又不同，并且密度的整体差别很大。
这样一来，在熔化的过程中，当钢完全熔化了，液态的铝水就会浮在钢水的上方。
在这种情况下，如果等到钢水和铝水冷却之后，焊缝的成分就变的不够均匀，这往往就是造成接头性能变低的主要原因。
(2)夹渣现象的出现。
通常情况下，在焊接铝及合金的过程中会出现夹渣现象。
在铝及合金的焊接中，往往会在母材的上方形成很难熔化的Al2O3氧化膜,有时候熔池表面也会有这种氧化膜的存在。
随着熔池温度的越来越高，表面的氧化膜变得越来越厚。
氧化膜产生之后会造成液态金属的相互分离，不能够得到有效的结合，最终也导致金属焊缝产生夹渣现象。
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。
铝钢焊接研究现状及发展趋势
铝钢焊接研究现状及发展趋势【摘要】在提倡节约能源与合理利用资源的背景下，追求车身的轻量化已经成为汽车生产行业的一大主题，因此铝钢焊接结构得到了广泛的应用。
本文分析了铝钢焊接的工艺特点和难点，综述了目前国内外铝钢焊接的主要方法和技术，最后展望了铝钢焊接未来的发展前景。
【关键词】铝钢；焊接；研究前景1 前言现在科学技术的发展往往要求同一物体的不同部位具有不同的工作条件，如载荷或者介质。
用单一的金属材料制造这样的物件不仅不经济，而且有时是不可能的，因此出现了异种金属的连接[1]。
铝钢焊接结构具有耐腐蚀、耐高温、耐超低温、散热性能好、导电性能优异等特点，在汽车制造领域、冶金领域、航空航天领域得到了广泛的应用[2]。
目前，国内外的许多研究者对铝钢焊接的工艺控制、焊接方法等方面的研究已经取得了较大的进展。
新兴焊接工艺的发展并投入运用无疑为提高铝钢焊接性提供了契机。
而MIG焊、TIG焊、电子束焊和激光焊等现代焊接技术将成为铝钢焊接研究领域中的热点，并且自动化程度好和可靠性程度高的焊接技术将是研究者们的追求的方向。
2 铝钢焊接的主要技术2.1 铝钢的钎焊由于钎焊具有变形小，接头光滑美观这一优点，因而适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件。
近年来，不少的研究者对铝钢焊接中的钎焊进行了研究。
2009年刘树英、铃春晓男等人，对铝合金与不锈钢钎焊性能影响因素进行了研究[3]。
研究中发现，由于钎料在润湿不锈钢母材前，先与铝合金发生润湿，反应后并急速等温凝固，结果导致熔融钎料层消失，造成铝合金与不锈钢异种金属间很难形成强固接头。
并且得出了形成接头的条件：钎料在凝固前对不锈钢产生润湿。
采用预热填丝或者冷填丝对工件进行钎焊，是Alexandre[4]等人在铝钢钎焊方面的研究。
作者运用激光钎焊，对填丝为铝硅合金的6016-T4和镀锌低碳钢进行的焊接实验。
实验中发现，焊接接头能被更好的填充，原因是激光能使冷填丝或预热填丝更好的熔化。
铝钢异种金属焊接
• 铝钢异种金属焊接概述 • 铝钢异种金属焊接的难点与挑战 • 铝钢异种金属焊接的焊接方法与材料
选择 • 铝钢异种金属焊接的应用案例 • 铝钢异种金属焊接的发展趋势与未来
展望
01
铝钢异种金属焊接概述
铝钢异种金属焊接的定义
01
铝钢异种金属焊接是指将铝和钢 两种不同金属通过焊接工艺连接 在一起的过程。
压力容器制造中的应用
总结词
在压力容器制造中，铝钢异种金属焊接的应用主要是为了满足压力容器的密封性和耐腐蚀性要求。
详细描述
压力容器是一种用于存储气体或液体的设备，需要具备高强度、密封性和耐腐蚀性。通过铝钢异种金 属焊接，可以实现压力容器的制造，提高其密封性和耐腐蚀性，延长使用寿命。这种技术的应用对于 保证压力容器的安全性和可靠性具有重要意义。
电弧焊接
适用于大型结构件或厚板的铝钢异种 金属焊接，具有较高的生产效率和较 低的成本。
焊接材料选择
铝侧填充材料
01
选择与母材铝相容性好、熔点接近的铝填充材料，以保证焊接
质量。
钢侧填充材料
02
选择与母材钢相容性好、熔点接近的钢填充材料，以保证焊接
质量。
过渡层材料
03
在铝钢异种金属之间添加过渡层材料，以减小熔合区的不均匀
焊接接头的强度和耐腐蚀性
强度下降
由于铝和钢的物理性质存在较大差异 ，导致焊接接头处的强度可能低于母 材。这限制了铝钢异种金属焊接在需 要高强度连接的应用场景中的使用。
耐腐蚀性问题
铝和钢的电化学性质不同，导致在焊 接接头处容易出现电化学腐蚀。这种 腐蚀可能削弱焊接接头的强度，影响 其使用寿命。
03
热导率差异
铝的热导率较高，而钢的热导率较低。 这意味着在焊接过程中，铝的热量散 失较快，而钢的热量散失较慢，导致 焊接困难。
其在解决钢铝材料连接问题上的巨大潜力
钢铝材料连接问题一直是一个备受关注的话题，因为钢和铝作为两种常见但性质迥异的材料，在工业制造和工程设计领域使用广泛。
解决钢铝材料连接问题对于提升产品性能、节约材料成本和推动工业发展具有重要意义。
在这篇文章中，我将就钢铝材料连接问题的潜力展开深入探讨，旨在帮助读者全面了解这一重要议题。
1. 钢铝材料连接问题的意义钢和铝分别以其高韧性和轻量化的特点，被广泛应用于汽车制造、建筑结构和航空航天等领域。
然而，由于两者化学性质和热胀冷缩系数的差异，传统的连接方法往往会出现腐蚀、强度不足以及热应力等问题，制约了产品性能和使用寿命。
解决钢铝材料连接问题对于提升产品质量和扩大应用范围至关重要。
2. 目前的解决方法在目前，常见的解决方法包括焊接、黏接和螺纹连接等。
其中，焊接是最常用的方法，但由于焊接容易导致热应力集中和变形，因此在连接钢铝材料时需要采用复杂的焊接工艺。
黏接虽然能有效解决焊接产生的热应力问题，但在潮湿或高温环境下黏接剂的性能也会受到影响。
至于螺纹连接，由于材料性质差异，螺纹易产生疲劳开裂，降低连接强度，也不是理想的解决方案。
传统方法在解决钢铝材料连接问题上存在一定的局限性。
3. 新兴的解决途径随着科技的不断进步，在解决钢铝材料连接问题上崭露头角的是机械连接技术和表面处理技术。
机械连接技术通过特殊的连接构造和预紧力设计，能够有效减小热应力集中，提高连接强度，并且适用于大规模生产和自动化装配。
表面处理技术则通过改良材料表面的化学成分和结构特征，增强材料的亲和力和界面结合力，实现了钢铝材料的优质连接。
这些新兴的解决途径为解决钢铝材料连接问题带来了新的视角和思路，展现了巨大的潜力。
4. 个人观点与总结在我看来，钢铝材料连接问题的解决潜力不容小觑。
尽管在过去传统的连接方法存在种种限制，但随着新兴的机械连接技术和表面处理技术的不断涌现，我们对于解决这一问题的信心更加坚定。
我相信，在不久的将来，钢铝材料连接问题将迎来一场技术革命，为工业制造和工程设计带来真正的变革和突破。
铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况
冷却结晶后焊缝成分不均匀 , 使得焊接接头的性能降 低 。目前 ,铝与钢很难用熔化焊直接焊接 。 ( 2 ) 铝及其合金与钢焊接过程中 , 在铝母材表面
焊接 2006 ( 4 )
・17・ 爆炸焊是利用炸药爆炸时的可控能量 , 迫使两种 或两种以上的金属形成高质量的冶金结合的连接方 法 。爆炸焊是一种高压过程 , 在这个过程中由于两种 金属材料的碰撞 , 其表面的薄膜以塑性的方式从基体 上喷射出去 ,爆炸焊的时间非常短 , 以致结合材料间的 反应区 (或热影响区 ) 很小 , 而且少数原子由于碰撞速 度高 ( 200 ～500 m / s)而变成“ 浆状物 ” ,爆炸完成后“ 浆 状物 ” 迅速地冷却 ,剧变区形成一种金属与另一种金属 的熔合线 ,从而实现两种金属的连接 。 在各种焊接方法中 , 爆炸焊可以焊接的异种金属 的组合的范围最广 , 原则上讲爆炸焊可以应用于一切 异种金属的连接
接能够得到强度较高的连接接头 , 但是连接接头的气 密性无法保证 , 而且连接后一般会留下明显的连接痕 迹 ,这对一些表面要求非常高的工件 (如汽车覆盖件 ) 很难满足要求 。焊接作为一种最常用的连接手段 , 在 异种金属的连接中得到了较为广泛的应用 。
1 铝 /钢异种金属的焊接性
表 1列出了铝和铁的一些主要的物理参数 。从表 1 对两种金属物理性能参数的比较来看 ,铝与钢的金属性 能有很大的差异 。性能的差异是导致铝与钢焊接性较差 [1] 的主要原因 。铝与钢焊接中存在的主要问题有 :
[9]
镀锌钢板进行了摩擦焊的试验研究 ,试验得到的搭接接 头强度要好于相同条件下铝与非镀锌钢得到的接头强 度 ; X射线分析表明焊接接头有金属间化合物生成 ,化合 物主要以 Fe4 A l13和 Fe2 A l5 形式存在
铝钢异种金属焊接研究现状
铝钢异种金属焊接研究现状摘要：随着经济和科技的快速发展，铝及其合金具有密度小、比强度高、能显著降低结构的重量，而钢铁合金具有强度高，塑韧性较好、价格便宜、可加工性好的特性，广泛应用于机械加工制造。
因此，采用“铝+钢”复合结构可以充分发挥铝钢各自优势，提高结构强度，减轻结构质量，是实现汽车轻量化的有效途径之一。
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，常规的铆接、螺栓连接等机械连接方法虽然可以实现铝／钢的连接，但存在气密性差、减重效果差等缺点，因此难以满足航空航天等行业对铝／钢复合结构的要求，需要合适的焊接工艺实现铝／钢异种金属高强度、可靠连接。
关键词：铝／钢异种金属；旋转摩擦焊；焊接工艺引言铝和钢之间的焊接问题都是难点，但是铝及铝合金应用非常广泛，人们越来越关注铝与钢的连接问题。
首先介绍了钢铝异种金属的焊接性问题，然后介绍了当前存在的集中焊接方式，各有利弊，有些焊接研究还不够深入，需要广大学者进一步努力，推动异种金属焊接技术的不断进步。
1铝／钢异种金属焊接性分析铝与铁的物理性能差异较大，使得了铝／钢异种金属熔化焊接性很差：①铝的熔点和密度比钢低，这导致铝先比钢熔化，当钢熔化时，液态铝浮在钢表面，结晶后焊缝成分不均匀，难以获得高质量的接头；而且在焊接过程中，铝易氧化形成薄膜，使液态铝在钢表面的润湿能力降低，产生夹渣等缺陷，降低接头质量；②铝的热导率、线膨胀系数、弹性模量分别约为铁的３倍、２倍和０．３３倍，相差较大，会使接头严重变形，并在内部产生较大的残余应力，易产生裂纹。
因此，铝／钢采用传统的熔化焊接时会产生大量脆硬的金属间化合物，难以获得优质的接头，但因铝／钢复合结构能够满足某些特定的使用要求，有着广泛的应用前景，引起了国内外研究者的广泛关注。
摩擦焊作为一种固态连接工艺，热输入低，在异种材料连接方面有着其它焊接工艺难以取代的优势。
近些年来，国内外学者针对铝／钢摩擦焊展开了较多的研究。
铝与钢异种金属焊接深入研究及其发展概况分析论文
铝与钢异种金属焊接的深入研究及其发展概况的分析【摘要】：随着社会的不断发展，人们对环保问题越来越重视，我国的汽车行业为了大力的提倡保护环境的理念，一直在努力减轻自身的重量。
铝建材的使用是重要措施之一，很多企业采用了铝与钢的异型金属焊接方式，很大程度的减轻了汽车的自身重量，本文就铝与钢的焊接问题进行研究与讨论。
【关键词】：铝；钢；异形金属；焊接；中图分类号：g71一、铝与钢异形金属焊接首先我们对铝和钢的物理特性进行研究和分析，铝的熔点为660℃、比热为900℃、密度为2700p、热导率为220、电阻率为265、弹性模量是71；铁的熔点为1538℃、比热为460℃、密度为7870p、热导率为73、电阻率为13.30、弹性模量为210；铝和铁的熔点为0.44℃、比热为1.96℃、密度是0.34p、热导率为3.01、电阻率为0.20、弹性模量为0.33，从以上物理数据我们可以看出，铝和钢的金属性能有很大的区别，这也是导致铝与钢焊接性能差的原因，其中主要存在的问题有：⑴铝和钢很难进行直接的焊接，因为它们的熔点和密度不同，钢的熔点较铝高，当铝熔为液体时，钢仍然处于固态；其次密度问题当钢融化后，液态的铝会浮在钢水上，当液体冷却后它们所焊接的成分不均匀，导致焊接头性能降低。
⑵钢和铝的热导数相差很大，容易产生焊接头变形和产生裂纹。
二、焊接方式目前，我国铝和钢的焊接方式主要以下几种：摩擦焊接、爆炸焊接、电弧焊接、钎焊接、激光焊接、扩散焊接和磁脉冲焊接等。
⑴摩擦焊接。
摩擦焊接是以机械能作为能源的固相连接法。
它主要是利用机械的两表面相互摩擦产生热来进一步实现金属的连接。
对于铝和钢来说，摩擦焊是非常有效的焊接方式。
摩擦焊可以有效的破坏铝表面的氧化膜，降低它的有害作用。
在1981年有研究学者证明金属间的化合物是影响铝与钢实现焊接的主要问题。
科学家们通过大量的试验最终得出结论，虽然摩擦焊可以把铝与钢很好的进行焊接，并得出焊接接头，但是要做出复杂的形状是不能使用这个模式的，所以我们还需继续研究与探讨。
Q235钢与5052铝合金CMT焊接工艺研究
Q235钢与5052铝合金CMT焊接工艺研究当前,随着汽车工业对铝及其合金的广泛应用,铝/钢异种金属的连接逐渐成为焊接领域的热点问题。
本文针对铝合金和Q235钢异种金属在汽车工业中的轻量化结构制造,采用冷金属过渡（CMT）熔-钎焊方法进行1mm薄板搭接工艺研究,包括焊接速度、送丝速度、气体种类、钎剂对焊缝宏观形貌、接头微观组织和力学性能的影响。
实验结果表明,Ar气组中,焊接速度0.45m/min,送丝速度4.5m/min,焊接电压12.5V,焊接电流71A,可获得最大抗拉强度128MPa,此时金属过渡层硬度值为179.4HV,厚度约为5.04μm。
CO<sub>2</sub>气组中,焊接速度0.45m/min,送丝速度5.3m/min,焊接电压12.7V,焊接电流81A,可获得其最大抗拉强度133MPa,此时金属过渡层硬度值为194.6HV,厚度约为5.68μm。
当CO<sub>2</sub>作为保护气体时,其焊缝熔化区主要为少量Mg<sub>2</sub>Al<sub>3</sub>和Al,α-Al,且Zn元素没有完全的蒸发烧损,少量存在于铝侧近钎焊界面。
其铝侧近钎焊界面处发现了粗大的相组织Fe<sub>2</sub>Al<sub>5</sub>。
使用CO<sub>2</sub>气体作为保护气时,可提高焊接接头的抗拉强度和硬度,改善铝接头软化的问题。
非镀锌钢Q235与5052铝合金焊接过程中,在标准参数下,钎剂KAlF<sub>4</sub>+Zn+Sn作用下的钎料铺展性较好,润湿角较小。
使用KAlF<sub>4</sub>+Zn可以抑制Fe-Al金属间化合物的生长,减少硬脆相的含量,提高焊接接头的韧塑性。
铝钢异种金属焊接
பைடு நூலகம்、钢与铝及铝合金的焊接
由于铝及铝合金的密 度小、比强度高、具 有良好的导电性、导 热性和耐腐蚀性，因 此，近年来采用铝-钢 双金属焊接结构的产 品越来越多，并在航 空、造船、石油化工、 原子能和车辆制造工 业中显示出独特的优 势和良好的经济效益。
3、1
焊接性分析
铝和铁的物理性能相差很大，焊接过程中铝与钢的接 头处会产生很大的热应力，增加裂纹倾向。 铝相对密度2.70，弹性模量70Gpa，泊松比0.33。熔 点660℃。沸点2327℃。
采用冷压焊焊接钢与铝及其合金，有两种焊接工艺： 一种是在Al+Al3Fe的共晶温度以上焊接；另一种是先 在钢件上涂敷Cu、Ag或Zn，然后再进行冷压焊。采 用第一种工艺时，加热温度可控制在654~660℃，这 时铝还处于固态下，而共晶体已成为液态。采用第二 种工艺时，先在钢件上涂敷铜，然后在654~660℃下 铜与铝接触时，产生Cu-Al共晶液相而形成接头。由 于Ag比Cu不易氧化，也可渡Ag，使Ag-Al固溶体与 Fe-Al固溶体形成共晶点为585℃的共晶液相，使共晶 温度大大低于铝的熔点。
2、异种材料焊接难点
1）、异种材料的线膨胀系数不同，容易产生热应力， 而且这种热应力不易消除，结果会使接头处产生裂纹 或大的焊接变形。 2）、异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化以及 新生成的物相结构或化合物，可使焊接接头的性能恶 化，给焊接带来困难。 3）、异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差， 特别是塑性和韧性明显下降。 4）、由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异 种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接熔合区和 热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。
谢谢大家
铝钢异种材料焊接研究现状与发展前景
铝钢异种材料焊接研究现状与发展前景摘要：各种新的科技成果涌现出来，应用于各个领域中，实现行业新发展，特别是工业企业，新技术成果带来日新月异的变化。
改革开放几十年，工业企业的发展中成效显著，我国长期以来走科学发展道路，尤其是持续健康发展战略提出来，对戏产业革新起到一定的促进作用，正如近年来铝钢异种材料焊接技术快速发展起来。
但是，与西方发达国家相比较，异种材料焊接技术发展依然存在滞后性。
该技术要实现更哈发展，就要了解其现状，从实际角度出发分析，本论文着重于研究铝钢异种材料焊接研究现状以及未来发展前景。
关键词：铝钢异种材料；焊接技术；研究现状；未来发展前景引言中国长期以来走科技强国道路，这是发挥科学技术的作用为国家发展指明了方向。
在经济水平逐渐提高的情况下，人们的绿色理念竖立起来，于是开始倡导“绿色生活”，相应的需求增加，促使各种异种材料应运而生，其中极具典型意义的是铝合金。
铝合金的主要成分是铝和钢，结合使用其他异种材料，采用焊接技术获得焊接物。
这种材料的重要特点是比较轻，有很强的硬度，现在很多高端机械制造领域都使用这种材料[1]。
但是，这种铝制品的制作过程中，进行异种材料焊接的时候有很高的技术要求。
近年来，国家通过深入研究焊接技术，很多新技术出现，虽然技术上有所更新的，但是应用于铝钢焊接上依然存在不足之处，这就需要从应用领域需求出发进一步深入研究，以实现铝合金材料量生化，扩大应用范围。
一、铝钢异种材料焊接现状（一）铝钢异种材料中熔焊技术的应用现状熔焊作为一种焊接方法是比较常见的，在焊接的过程中主要发挥作用的是激光、电流以及气体，将两种相同材料或者不同材料连接起来。
焊接技术应用中，应用管熔焊技术，需要在高温作用下将焊接接头融化，之后连接两个被焊的接头，冷却处理之后在重力的作用下融合两个工件。
在对不同种类的材料进行焊接的过程中通常会采用这种焊接技术，就是使用焊条和电弧就可以完成焊接工作，还要将气体合理运用可以对焊接起到很好的保护作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大（如附表所示），因此，实现钢和 铝的可靠焊接较为困难。钢铝焊接存 在的主要问题如下［４］： １．１ 钢铝的熔点差异较大，采用静态 熔焊时低熔点的铝首先熔化，此时钢 仍处于固态，待钢熔化后，由于二者 密度的差异，液态铝和钢会发生分层， 难以形成成分均匀的焊缝金属，降低 焊接接头性能。 １．２ 若保护不力，熔焊时铝遇高温易 氧化，形成高熔点的Ａｌ２Ｏ３。Ａｌ２Ｏ３既能 形成焊缝夹渣，又影响焊缝的熔合。 １．３ 铝的热导率、线胀系数几乎是钢的
吕学勤［１２］等研究了以镍／铜过渡层 为钎料的铝合金与不锈钢的钎焊工艺 以及焊缝的组织与力学性能，并研究 了连接界面的机理。对焊缝进行ＸＲＤ、 ＳＥＭ、ＴＥＭ分析发现焊缝和母材之间 没有生成铝和铁脆性金属间化合物。 说明钎料有效地阻挡了铝、铁等原子 扩散，焊缝与铜界面上生成了少量的 ＡｌＣｕ３，但没有降低焊缝的抗剪强度。
钎焊是指采用熔点比母材低的材
Ｊ－ ２ 现代焊接 ２０１２年第３期 总第１１１期
Ｔｏｐｉｃ Ｓｕｍｍａｒｙ 专 题 综 述
料作为钎料，将钎料和母材加热至高 于钎料熔点，而低于母材熔点，使钎 料熔化润湿母材和填充接头间隙，与 母材形成有原子间相互扩散的焊接接 头的工艺。
Ｒｏｕｌｉｎ等［１１］用Ａｌ－１２Ｓｉ共晶钎料和 氟化物钎剂Ｋ３ＡｌＦ６－ＫＡｌＦ４在６００℃温度 下炉中钎焊铝和不锈钢，发现接头界 面存在两个不同反应层ＦｅＳｉＡｌ５和ＦｅＡｌ３， 并且金属间化合物层的厚度随着保温 时间的延长而增大，接头最大剪切强 度为２１ＭＰａ；钎料中硅元素具有抑制 金属间化合物生成的作用。
Ｒａｔｈｏｄ Ｍａｎｏｊ和Ｋｕｌｓｕｎａ Ｍｕｎｅｈａｒｕ 等［６，７］采用激光滚压焊得到冷轧制低碳钢 和５Ａ０２铝合金的焊接接头，采用Ａｒ气 保护。界面生成物主要由ＦｅＡｌ２、Ｆｅ２Ａｌ５ 和ＦｅＡｌ３组成，富含Ａｌ的脆性金属间化合 物集聚在铝侧，富含Ｆｅ的略有延展性 的金属间化合物则在钢侧，随焊接速 度的增加，界面变薄并且富含Ｆｅ相增 加，剪切强度增大。焊接压力增大的 同时促进了金属间化合物的生成。试 验表明，采用激光滚压焊进行钢和铝 的焊接可改善接头的力学性能。激光 压力焊实验原理如图２所示。
ＣＯ２ 激光头
激光束
喷射
平面镜
钢板
滚柱
铝板
台子 台子移动方向
图２ 激光压力焊接的实验原理
Ｍ．Ｋｕｔｓｕｎａ等［５］采用激光滚压焊来焊 接镀锌钢和６０００铝合金，发现当焊接 速度变化时，化合物层厚度减小，界 面热循环的改变对金属间脆性物质层 的形成产生影响。压轮可以实现钢板 与铝合金板的良好接触，实现热量从 钢板向铝板快速传递。金属间脆性物 质层主要成分为脆性物质ＦｅＡｌ３。当金 属间化合物层的厚度小于１０μｍ时， 样品断裂在镀锌钢的基体金属中。激 光滚焊过程如图１所示。
作者简介：李亚江（１９５４－），男，博士毕业于山东大学焊 接专业，山东大学教授（博士生导师），从事异种材料及 特种焊接技术的教学与科研工作。
详细的研究，如采用压焊、搅拌摩擦 的塑性，使脆性增大，影响铝合金的
焊、扩散焊、电子束焊等工艺进行钢 焊接性。铝在铁中的溶解度相对较大，
铝异种材料连接，并对其焊接工艺以 含铝钢具有良好的抗氧化性，但含铝
前言
由于铝及铝合金的密度小、比强 度高，具有良好的导热性和耐腐蚀性， 因此，近年来采用钢铝双金属焊接结 构的产品越来越多，并在航空、船舶、 石油化工和车辆制造工业中显示出独 特的优势和良好的经济效益。但采用 热熔方法很难将钢和铝异种金属进行 连接，这是由于钢和铝焊接时易产生 脆性相，降低了接头的力学性能［１，２］。
山东大学李亚江等［１３］采用真空钎 焊获得了１８－８不锈钢／１０６０铝合金接头， 钎料采用Ａｌ－Ｓｉ合金，加热温度６３０℃， 保温１０ｍｉｎ。试验结果表明，钎焊界 面结合良好，界面及其附近没有孔洞 和裂纹等缺陷；断口机制为韧窝＋解理 断裂；整个接头的显微硬度从不锈钢 到铝合金逐渐降低，焊缝的硬度高于 铝合金母材。
２ 钢／铝异种金属的焊接方法
２．１ 钢／铝异种金属的压焊 从２０世纪５０年代起国内外不少研
究者研究发现冷压焊时接触面变形可 以破坏材料表面的氧化层，使钢与铝 的光洁表面较为可靠地结合在一起。 冷压焊中材料的塑性变形会增大材料 的接触面积，提高接头的焊接强度， 但是不易控制焊接质量，并且生产效 率低。随着焊接技术的进步，近年来 许多先进的压焊方法得以应用到钢／铝 焊接中，例如滚焊、爆炸焊、扩散焊、 搅拌摩擦焊等。
钢铝扩散连接时，在结合面处形 成铁铝金属间化合物，使焊接接头强 度下降。为获得良好的焊接接头，必
须采用中间过渡层的焊接方法。西安 交通大学张贵锋等［９］用５０μｍ厚的纯铜 箔作中间层，在５９０℃分别保温３０ｍｉｎ 及２小时，然后对低碳钢与铝基复合材 料进行过渡液相扩散焊（ＴＬＰ），Ａｒ 作为保护气体。观察其显微组织发现 纯铝基体上分布着直径为１５￣２０μｍ的 Ａｌ２Ｏ３颗粒。实验表明，薄弱界面并非 钢与中间层之间的界面，而是铝基复 合材料与残留中间层的界面；液相优 先溶解铝基复合材料的棱边而形成环 状缺口导致应力集中。被挤出的液相 沿铝基复合材料外表面向上扩散，而 不是流向钢侧。这是由于钢材表面Ｆｅ 原子的自由能低加之氧化膜阻碍液相 在钢侧的铺展。断口分析表明，压力 较低时接头从残留中间层内部断裂， 这是由于在铝基复合材料侧形成的金 属间化合物导致基体脆化。过渡液相 扩散焊与钎焊有本质区别。钎焊时， 钎料的熔点超过接头的使用温度，而 过渡扩散连接可在较低温度或低于结 构使用温度的条件下进行焊接。
２３．６
电阻率 弹性模量
μΩ·ｃｍ ＧＰａ
９．
２０６
２．６５
７１
现代焊接 ２０１２年第３期 总第１１１期 Ｊ－ １
专 题 综 述 Ｔｏｐｉｃ Ｓｕｍｍａｒｙ
两倍，焊接过程中接头变形严重，焊后 焊接接头残余应力较大，易产生裂纹。
钢和铝异种金属之间的连接虽存 在一定的困难，但是由于能够充分发 挥两种材料的性能优势而成为焊接领 域的热点。
专 题 综 述 ＴＯＰＩＣ ＳＵＭＭＡＲＹ 焊接行业热点话题、重点方向的专题阐述与分析
钢／铝异种金属连接工艺的研究现状
Present situation about research of the connection process of steel/aluminum dissimilar metal
钢铝异种金属连接结构能够充分 发挥两种材料各自的性能优势，实现 轻量化，具有良好的经济效益。比如 在汽车制造中采用钢铝合金的异种金 属结构可以降低车体重量，从而提高 燃料利用率，减小环境污染，达到节 能减排的目的 。 ［３］ 但由于钢和铝的物 理、化学性能相差较大，焊接时容易 出现裂纹、熔合不良等缺陷，因此钢 和铝异种金属的优质、高效焊接是材 料制造领域的一项技术难题。近年来 众多学者对钢铝异种材料连接进行了
爆炸焊是钢铝焊接的一种有效连 接方法。海军工程大学朱锡等［８］采用爆 炸焊实现了板厚比接近１：１的９１７低碳 钢与５Ａ０２铝合金的复合，但是对于铝 合金，特别是镁含量较高的铝合金， 与钢采用爆炸焊连接较为困难，通常 采用复合中间层的爆炸焊方法。爆炸 焊接头在爆炸冲击波的作用下，两种 金属之间的接触面附近发生塑性变形， 形成波浪形的界面，未发现金属间化合 物的析出，界面剪切强度大于７５ＭＰａ。
搅拌摩擦焊具有较低的能量输入、 较短的焊接时间、较小的焊接变形等 优点，同时搅拌摩擦焊本身比较适于 焊接铝材。德国航空中心材料研究院 的Ｈｕｓｅｙｉｎ等［１０］采用搅拌摩擦焊技术连 接Ａｌ６０１３－Ｔ４铝合金和Ｘ５ＣｒＮｉ１８－１０不 锈钢。试验结果表明，采用搅拌摩擦 焊可以成功地连接铝、钢异种材料。 并且只有铝元素明显地向钢侧的扩散， 并未发现其他元素诸如铁、铬等的扩 散，在焊核部位的不锈钢粒子和铝之 间的扩散也不明显。接头疲劳性能比 铝母材约低３０％。 ２．２ 钢／铝异种金属的钎焊
材料
铁 低碳钢 不锈钢 纯铝
熔点 ／℃ １５３８ １５００ １４５０ ６６０
附表 钢和铝的热物理性能
比热容
密度
热导率
热胀系数
Ｊ·ｋｇ－１·℃－１ ｋｇ·ｍ－３ Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１
１０－６· Ｋ－１
４６０
７８７０
７３
１２
５０２
７８６０
７７．５
１１．７６
５００
７９８０
１６．３
１６．６
９００
２７００
２２０
熔－钎焊兼备熔焊和钎焊的特点， 常用于熔点相差较大的金属间连接。 铝、钢熔－钎焊的实质是熔化的铝与固 态的钢通过界面反应结合在一起，因 此熔化的铝与固态的钢的界面反应对 接头的焊接行为和焊接质量具有决定 性的影响。
法国第戎大学Ａｌｅｘａｎｄｒｅ Ｍａｔｈｉｅｕ等［１５］ 采用激光熔－钎焊得到了镀锌低碳钢与 铝合金的搭接接头，采用直径１．６ｍｍ 锌基焊丝，３０％Ａｒ＋７０％Ｈｅ混合气体保 护。这种方法在不采用焊剂情况下获 得金属间化合物厚度＜１５μｍ的接头， 是一种环保型焊接方法。激光把钢材 加热到熔点以下的温度，通过热传导 将热量传递给钢材之下的铝合金并使其 熔化。熔－钎焊接头由两部分组成：一 是铝侧的熔焊接头，二是钢板侧的钎 焊接头。钎焊时材料局部熔化限制金 属间化合物的生长，接头最薄弱环节 在低碳钢熔合区。接头强度不仅与金 属间化合物有关，还与焊缝形状、润 湿角等几何参数有关。
钢与铝熔焊时，由于两种金属性 能差异，很难采用常规熔焊方法实现 两者连接。钢与铝及铝合金熔焊一般 采用惰性气体保护焊（ＴＩＧ）、电子束 焊和激光焊工艺。焊接时要保证在接 头处尽量少地产生金属间化合物，通 常的做法是在钢表面镀一层过渡金属。
Ｇ．Ｓｉｅｒｒａ等［１５］采用激光深熔焊接对 ６０００铝合金和低碳钢进行搭接，钢放 置于铝合金之上。试验表明当钢在铝 合金中的穿透深度限制在５００μｍ以下 时，可得到无缺陷的焊缝。焊缝中出 现少量金属间化合物以及由富铝化合 物形成的白色熔质带。焊接接头的脆 性物质主要位于焊缝和铝合金界面处， 其中包含厚度在５￣２０μｍ之间的Ｆｅ２Ａｌ５ 和ＦｅＡｌ３。当钢在铝合金中的穿透深度 小于５００μｍ时，可限制钢在铝合金中 的扩散从而达到控制焊接接头硬度的 目的，同时可以得到２５０Ｎ／ｍｍ的最大 线性强度，接头失效位置位于焊缝和 铝合金的交界处；当穿透深度不断增 加时，失效位置会产生变化（转移至 焊缝处或钢和焊缝的交界面），伴随 着接头强度的剧烈减小。 ２．４ 钢／铝异种金属的熔－钎焊