铝-钢异种材料连接技术研究进展——固相焊
大连理工大学科技成果——铝-钢异种金属弧焊技术
大连理工大学科技成果——铝-钢异种金属弧焊技术
一、产品和技术简介：
铝或铝合金与钢之间的热物理性能差异较大，尤其是熔点、比重、热膨胀系数等的巨大差异，导致铝与钢之间难以直接进行弧焊。
为了实现铝与钢之间的可靠焊接，经常需要在钢表面镀上锌、铝或其他金属，或者在铝与钢之间放置过渡层金属或双金属片，从而将铝与钢之间的焊接转化为铝与过渡层金属之间的连接。
然而，在钢表面镀过渡层金属增加了工艺步骤和制造成本，而且，即使增加了过渡层金属，也并不能保证铝-钢焊接接头的可靠性。
该技术可以直接将铝合金与不锈钢采用弧焊技术连接在一起，钢表面不用镀过渡层金属。
拉伸测试结果表明，铝-钢接头断裂在铝合金母材区。
该弧焊技术有利于实现铝-钢异种金属焊接制造过程自动化，提高生产效率。
二、应用范围和生产条件：
该技术可以应用于存在铝-钢异种金属连接的结构中，将铝合金与不锈钢各自的性能优势有效结合起来。
三、获得的专利等知识情况：
铝合金/钢异种金属弧焊技术为本课题组自主研发技术，相关成果已经在国内外学术期刊公开发表，具有自主知识产权。
四、规模与投资、成本估算：焊接成套设备30万。
五、提供技术的程度和合作方式：共同开发或技术转让。
六、产业化程度：目前，该项技术处于实验室阶段，受国家自然科学基金和辽宁省自然科学基金资助，技术条件较为成熟。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究摘要：搅拌摩擦焊是一种新型的固相方法，在异种材料连接方面有广阔的应用前景。
本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展，为其深入研究提供了依据。
采用搅拌摩擦焊，异种金属铝-钢可以实现连接，但工艺参数选择范围较小，钢置于前进边时,铝-钢更易连接。
由于铝-钢物理性能的差异，二者流动状态不同，焊核两侧呈现不同结构，接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。
通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。
前言在航空航天、交通运输、船舶制造等工业中，为了减轻重量、节约能源、降低成本、满足不同的工作条件, 异种材料的焊接技术日益受到人们的重视[1]。
利用铝及铝合金密度小（大约是钢的1/3），耐腐蚀性、导热率和导电性好的优势，用铝合金代替钢可以减轻结构件的重量，在重型装备轻量化方面具有良好应用前景，然而如何解决铝-钢异种材料间的连接是决定其安全使用的关键问题。
目前，铝-钢的主要连接方法有熔焊中的爆炸焊[2]、焊[3]、熔钎焊[4], 还有固相连接的摩擦焊[5]。
通常爆炸焊接只适用于铝-钢复合板。
采用激光焊和熔-钎焊时，由于铝和钢的熔点、导热性能差异很大，在接头过渡区容易形成多种脆性的金属间化合物，无法获得高质量的接头。
旋转摩擦焊焊接铝-钢又只适用于柱形材料，接头受限制。
以上各种方法都难以保证制备出质量良好的铝-钢焊接接头，限制了其大规模应用。
搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW）是一种新型的固相连接方法，具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点[6]。
它是利用搅拌头和工件之间的摩擦热，一般低于母材的熔点，因此焊接过程中工件没有熔化，与传统的焊接方法相比，能够有效避免气孔、裂纹等组织缺陷。
此外，搅拌摩擦焊基本不受材料物理化学性能、机械性能及晶体结构等因素的影响，对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势[7]，因此在异种金属连接中具有广阔前景，相关机理研究也越来越受到重视。
铝钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制
铝钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制0 序言在铝/钢异种金属焊接过程中，因两者之间的热物理性能差异较大，在焊接过程中极易形成一定厚度脆硬的Fe-Al金属间化合物，且随着化合物厚度的增加，铝/钢接头的塑性、韧性降低，从而影响接头的力学性能[1-2]. 为了获得可靠的铝/钢接头，需对界面金属间化合物的生长进行抑制. 而理解界面金属间化合物生长动力学特性是有效控制界面金属间化合物生长的前提. 因此，开展铝/钢异种金属接合界面金属间化合物生长动力学的研究具有重要的意义.有关铝/钢接合界面金属间化合物生长动力学的研究集中于固态钢/液态铝、固态钢/固态铝间的反应. Springer等人[3-4]采用热浸渡法对铝/钢界面金属间化合物的生长动力学进行了系统的研究，并且分析了Zn元素对界面金属间化合物生长的影响.Cheng等人[5]在700 ℃的纯铝液态中进行固态纯铁的热浸试验，并对反应后界面金属间化合物的生长动力学进行了研究. Yin等人[6]探讨了Si元素对固态钢与液态铝反应后界面金属间化合物生长的影响. 吴铭方等人[7]以纯铁/纯铝作为扩散偶，在保持铝、铁为固态条件下，变化加热温度和保温时间进行扩散焊试验，研究了界面元素扩散行为和反应层生长机理. Jindal等人[8]利用滚压焊的方法将IF钢与铝箔进行连接，在500 ℃温度下变化时间对接头进行退火处理，研究了界面金属间化合物层的生长动力学. 既往的研究结果表明，铝/钢扩散偶材料成分、制作方法的不同，其界面金属间化合物生长动力学也有所不同. 因此，为了给调控铝/钢界面反应提供广泛的数据支撑，有关铝/钢界面金属间化合物生长特性的研究还需进一步进行.鉴于此，文中以铝/钢爆炸焊接头为研究对象，在300 ～600 ℃加热温度下对接头进行加热处理，观察、分析界面金属间化合物层的特征，研究界面金属间化合物的生长特性.1 试验方法试验材料为国产15 mm厚的1A80纯铝板和40 mm厚的Q235低碳钢板，其化学成分见表1. 试验采用爆炸焊方法焊接，采用的参数如下：低爆速的岩石硝铵炸药、平行安装法、防护垫为橡胶，1A80纯铝板为覆板，Q235低碳钢板为基板.爆炸焊前，被焊材料纯铝和低碳钢表面用无水乙醇洗净后烘干. 焊后，将爆炸焊接头加工成55 mm ×20 mm × 10 mm的试样，置于恒温箱中进行加热处理. 加热温度分别为 300，400，500 和600 ℃；同一温度下加热时间分别为1，2，4，9和16 h. 热处理后，用线切割将试样加工成不同形状的两组. 一组用于界面组织观察，其尺寸为20 mm × 20 mm × 10 mm(长度方向20 mm中钢、铝各为10 mm)；另一组用于拉伸试验，其尺寸如图1所示.表1 材料化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical compositions of materials材料 Cu Ti Mg V C P S Si Mn Fe Al 1A80 0.030.030.020.05 ——— 0.150.020.15 余量Q235 ——— 0.060.140.040.020.4 1.0余量—图1 试样形状与尺寸(mm)Fig. 1 Shape and size of sample对试样进行研磨、抛光后，用扫描电子显微镜(SEM，JEOL JSM-6300)沿着接合面观察界面区的微观形貌，并且对界面反应层进行成分分析. 在室温条件下以1.7 × 10-5 m/s的速率对接头进行拉伸试验.虽然当前乡镇中心幼儿园教师队伍的管理工作仍面临诸多问题，但要不惧困难迎难而上，积极面对压力与挑战，采取多种有效方法全面打造教师队伍。
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
铝和钢异种材料连接应用场景
铝和钢异种材料连接应用场景铝和钢两种材料都是工业中广泛使用的材料，分别具有不同的优点和特点。
但在某些领域，需要将这两种材料进行连接，形成异种材料的材料组合体，以满足特定应用场景的需求。
本文将围绕铝和钢异种材料连接应用场景进行探讨。
一、异种材料连接方式在铝和钢的异种材料连接中，常用的连接方式有焊接、铆接和粘接三种方式。
焊接是最常见的连接方式，具有连接强度高、连接效率高等优点；铆接则是一种使用铆钉将两种材料连接在一起的方式，优点在于连接后不会破坏原有表面涂层、不会影响美观；粘接则是一种使用胶水等粘合材料进行连接的方式，连接效果取决于材料粘合强度。
二、航空航天领域应用在航空航天领域中，由于需要具备轻量化的特点，航空器结构中大量采用了铝等轻质材料。
但机身的重要部分如机翼、落地装置等需要具备较高的强度，因此需要在铝结构中嵌入一定数量的钢制件。
此时常常采用铆接或焊接方式将两种材料连接在一起，实现了航空器的轻量化和强度的提升。
三、汽车领域应用在汽车制造中，铝合金构件具有良好的耐腐蚀、轻量化等优点，被广泛应用于整车结构中。
而车辆制动系统中需要使用钢质材料来承受制动力矩，如刹车盘、制动卡钳等。
因此，对于汽车制造中铝和钢的异种材料连接，通常采用焊接、铆接等方式来完成。
四、建筑领域应用在建筑领域中，铝合金门窗及幕墙等建筑材料广泛应用于商业办公大楼等建筑领域中。
在建筑结构中，钢材用于梁柱等承重构件的制作，但有些场景需要在钢结构中添加铝制构件，以提高防腐能力和减轻结构质量。
此时，采用焊接、铆接等方式将铝和钢材进行连接。
总之，铝和钢材的异种材料连接应用场景多种多样，均需要采用合适的连接方式。
焊接、铆接和粘接均是常用的连接手段，需要根据实际应用情况进行选择。
铝和钢的异种材料连接在实际应用中发挥着重要的作用，带来了优异的性能和应用效果。
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。
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。
《2024年异种金属铝、铜和钨的真空扩散焊研究》范文
《异种金属铝、铜和钨的真空扩散焊研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，异种金属之间的连接技术已成为许多领域的关键技术之一。
其中，真空扩散焊作为一种可靠的焊接方法，因其具有接头强度高、工艺简单等优点，在异种金属连接中得到了广泛的应用。
本文将重点研究铝、铜和钨这三种异种金属的真空扩散焊技术，探讨其焊接性能及影响因素。
二、铝、铜和钨的物理化学性质铝、铜和钨是三种常见的金属材料，具有不同的物理化学性质。
铝具有较低的密度和良好的导电性；铜具有良好的导热性和导电性；钨则具有较高的熔点和良好的耐高温性能。
这三种金属在工业应用中常常需要相互连接，因此研究其真空扩散焊技术具有重要意义。
三、真空扩散焊原理及工艺真空扩散焊是一种通过加热、加压和保温等过程使金属原子相互扩散，从而实现焊接的方法。
在铝、铜和钨的真空扩散焊过程中，首先需将待焊金属表面清洁处理，然后置于真空环境中进行加热。
在加热过程中，金属原子获得足够的能量，开始相互扩散，形成冶金结合。
最后，通过保温和冷却过程，使焊接接头达到所需的强度和性能。
四、铝、铜和钨的真空扩散焊研究1. 焊接性能研究铝、铜和钨的真空扩散焊过程中，焊接性能受多种因素影响。
首先，焊接温度是影响焊接性能的关键因素。
适当的焊接温度可以促进金属原子充分扩散，形成良好的冶金结合。
其次，保温时间也对焊接性能产生影响。
保温时间过短，金属原子扩散不充分；保温时间过长，则可能导致接头过烧，降低接头强度。
此外，焊接压力、金属表面粗糙度等因素也会对焊接性能产生影响。
2. 影响因素分析(1) 焊接温度：焊接温度对铝、铜和钨的真空扩散焊过程具有显著影响。
适当提高焊接温度可以促进金属原子充分扩散，提高接头的强度和性能。
然而，过高的焊接温度可能导致接头过烧，降低接头的耐热性和耐腐蚀性。
(2) 保温时间：保温时间对焊接过程同样具有重要影响。
保温时间过短，金属原子扩散不充分；保温时间过长，可能导致接头过烧。
因此，选择合适的保温时间对于获得良好的焊接接头至关重要。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊接头显微组织和力学性能研究
4 3 2 1
焊的接头拉剪强度有重要影响。 分析认为，焊接速度通过对接头宏观形貌、显
微硬度、界面层宽度和强度的影响，最终影响接头 破坏载荷。 2.2 焊缝宏观形貌
在不同焊接速度下，焊缝表面均成形美观，略 有飞边，无明显缺陷。接头宏观典型照片如图 5 所 示。不同焊接速度的 FSW 接头截面形貌如图 6 所 示，接头可分为焊核（Welding nugget）、后退侧 （ Retreating side/RS ） 和 前 进 侧 （ Advancing side/AS）。搅拌针的作用形成了焊核，搅拌针进入 钢板，形成了“洋葱瓣”状的结构[11]，此结构在铝 合金内部形成了形似弯钩状的分布，其放大图如图 6(b)所示，使得铝/钢界面结合紧密。
Ahmad 等人[9]应用搅拌摩擦焊焊接 1100H24 （铝合金）和镀锌钢板，他们认为接头性能很大程 度上依赖搅拌针进入钢板的距离。当搅拌针没有接 触到钢板时，接头的破坏载荷很低，当搅拌针进入 钢板 1mm 时能显著提高接头强度。
日本大阪大学的 Y.C. Chena 等人[10]严格控制搅 拌针未进入钢板的情况下，进行了 AC4C 铝合金和 镀锌低碳钢板的连接，他们发现焊接速度对抗拉强 度和断裂位置影响较大，且界面处断裂在遗留的 Zn 和 Zn 与 Al 形成的金属间化合物之间，金属间化合 物的主要相组成为 Fe2Al5 和 Fe4Al13。
（a）1#试样（焊接速度 40mm/min） （b）2#试样（焊接速度 60mm/min） （c）3#试样（焊接速度 80mm/min）
Steel
Al Steel
Al
Steel Steel
Al Steel
Al
铝与钢异种材料胶焊研究.pdf
致 谢衷心感谢我的导师时海芳教授在完成整个研究过程中给予的指导与关怀。
时海芳教授渊博的专业知识、科学的研究方法、开阔的思路和独到见解、严谨的治学态度和执着的进取精神是我一生学习和工作的榜样。
通过时海芳教授的悉心指导，本人对研究生期间所学的知识进行了系统的回顾，进一步提高了自己的理论水平以及分析问题和解决问题的能力，做到理论联系实际，将所学的知识运作到实际中去。
特此向时海芳老师表示深深的谢意和真诚地感谢。
对在研究期间给予我指导的迟长志老师、杨芳老师、卫立华老师等老师表示衷心的感谢。
感谢他们悉心与耐心的教导。
同时，感谢硕士研究生杨海艳、韩彦召在实验中给予的帮助。
杨倩2011年12月于辽宁工程技术大学摘 要随着社会能源紧缺，大众环保意识增强，越来越多的消费者青睐于节能减排的汽车。
很多汽车厂商采用两种材料连接的模式，来减轻汽车自身重量。
本文以汽车车身采用铝/钢的结构来减轻自重为主要应用背景，以纯铝板和Q235钢板的焊接工艺为主要研究对象，对点焊、胶焊焊接工艺进行研究。
通过正交试验方法，研究焊接电流、通电时间、胶层种类以及工艺垫片对焊缝成形的影响规律，研究表明：铝/钢焊接加垫片时，通电时间影响显著，最佳工艺参数为焊接电流9.3KA，通电时间0.06s；铝/钢焊接不加垫片时，焊接电流影响显著，最佳工艺参数为焊接电流12.4KA，通电时间0.06s。
当焊接电流增大、通电时间延长时，其焊接接头的性能也有所提高。
在最佳工艺条件下，加垫片焊接时的性能优于不加垫片焊接；环氧树脂胶焊性能优于聚氨酯胶焊和电阻点焊。
利用光学显微镜和扫描电镜对焊缝界面和内部组织及物相做了分析，并测试了力学性能。
本研究成果对汽车车身铝/钢复合结构的电阻点胶焊焊接有指导作用，对于我国汽车产业的发展，环境保护，节约能源来说有重要意义。
关键词：铝板；电阻点焊；环氧树脂；聚氨酯；胶焊AbstractWith the shortage of social energy, more and more consumers enhance to public environmental awareness on energy saving cars. Many car manufacturers use the two materials connected mode to reduce the car's own weight. The main background of this research is use the automotive body with aluminum/steel structures to reduce weight, the main research object is the welding process of Q235 steel and pure aluminum, research on spot welding, plastic welding technology. I study the welding current, power-on time, type and process spacer layer on the influence of the weld by orthogonal test method. The results showed that: aluminum/steel welding plus pads, the power-on time is significantly affected, the best process parameters is 9.3KA and 0.06s; Aluminum/steel welded without gaskets, the welding current is significantly affected, the best process parameters is 12.4KA and 0.06s.When we increase the welding current and extend the power time,the performance of welded joints will be increased.In optimum conditions, plus welding pads without pads is superior to welding; epoxy glue is superior to welding and resistance spot welding of polyurethane rubber. Using optical microscopy and scanning electron microscopy of the weld interface and the internal organization of the physical properties of phases were analyzed, and tested the mechanical properties.This research on the car body aluminum/steel composite structure of the Resistance Spot Welding with plastic guide for the development of China's automobile industry, environmental protection, energy conservation is of great significance.Key Words：aluminum;resistance spot welding;epoxy resin;polyurethane; plastic welding目 录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2铝及铝合金与低碳钢连接技术发展现状 (1)1.2.1铝及铝合金与低碳钢的可焊性分析 (1)1.2.2铝及铝合金与低碳钢电阻点焊工艺及原理 (3)1.2.3铝及铝合金与低碳钢胶接工艺及原理 (4)1.3 胶接点焊技术的发展现状 (6)1.3.1胶焊技术的特点 (6)1.3.2胶焊技术基本工艺 (7)1.3.3 胶焊技术的应用现状及发展趋势 (8)1.4 本课题主要研究内容 (9)2 实验材料、设备与方法 (10)2.1 实验材料 (10)2.1.1 焊接材料 (10)2.1.2 胶接材料的选择 (10)2.3 实验方法及设备 (13)2.3.1 表面处理 (13)2.3.2胶焊 (14)2.4 焊接接头的性能测试及组织观察 (16)2.4.1拉剪强度试验 (16)2.4.2金相显微组织观察 (16)2.4.3微观组织、断口形貌SEM观察和能谱分析 (17)3钢与钢胶焊结果及分析 (18)3.1 正交实验分析 (18)3.1.1点焊的极差方差分析 (18)3.1.2 环氧树脂胶焊的极差方差分析 (19)3.2 焊接部位显微组织分析 (21)3.2.1 显微组织分析 (21)3.2.2 组织形成过程 (22)4铝与钢胶焊结果及分析 (23)4.1 点焊、胶焊正交试验及结果分析 (23)4.1.1 正交设计极差分析 (23)4.1.2 方差分析 (26)4.2 工艺参数对焊接接头强度的影响 (29)4.2.1焊接电流不同对焊接接头的影响 (29)4.2.2通电时间不同对焊接接头的影响 (30)4.3 焊接接头的表面形貌和断口形貌 (32)4.3.1 焊接接头的断口形貌 (32)4.3.2焊接接头的表面形貌 (35)4.4 铝/钢异种金属焊接接头显微组织 (38)结论 (43)参考文献 (44)作者简历 (46)学位论文原创性声明 (47)学位论文数据集 (48)1 绪论1.1 课题研究背景汽车产业在全世界的飞速发展，给人们带来便利的同时，也带来交通拥挤、环境污染和能源短缺等社会问题。
钢铝异种金属连接结构研究与应用
钢铝异种金属连接结构研究与应用随着工业技术的不断发展，异种金属连接结构的研究与应用也日益受到重视。
尤其是钢铝异种金属连接结构，其具备轻量化、高强度、高耐腐蚀等优点，在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域具有广泛的应用前景。
本文将就钢铝异种金属连接结构的研究进展、特点以及应用案例进行探讨。
钢铝异种金属连接结构的研究进展钢铝异种金属连接结构的研究主要集中在连接方式、连接强度以及耐腐蚀性能等方面。
目前，常见的连接方式包括焊接、螺栓连接和胶粘连接。
焊接是一种常用的钢铝连接方式，可以通过电弧焊、摩擦焊、激光焊等方法实现。
螺栓连接则通过螺栓将钢铝件固定在一起，具有拆卸方便、可重复使用等优点。
胶粘连接则利用胶粘剂将钢铝件黏合在一起，具有良好的吸能性能和防震性能。
钢铝异种金属连接结构的特点钢铝异种金属连接结构的特点主要体现在以下几个方面：1. 轻量化：相比于传统的纯钢结构，钢铝连接结构具有更轻的重量，能够减小整体结构的质量，提高载荷能力和效率。
2. 高强度：钢铝连接结构可以充分发挥钢材和铝材的优点，提供更高的强度和刚度，以满足特定应用场景的要求。
3. 高耐腐蚀性：通过选用合适的连接方式和防腐蚀措施，钢铝连接结构能够有效抵抗腐蚀，延长使用寿命。
4. 良好的装配性：钢铝连接结构可以实现零件的快速组装，提高生产效率和工序灵活性。
钢铝异种金属连接结构的应用案例1. 航空航天领域：钢铝异种金属连接结构在飞机制造领域具有广泛应用。
例如，飞机机身的连接结构中，钢铝连接件被广泛用于提高强度和减小重量。
此外，钢铝连接结构还可用于飞机发动机零部件等领域。
2. 汽车制造领域：钢铝异种金属连接结构在汽车制造领域中也有重要的应用。
例如，汽车车身部件的连接结构中，钢铝连接件可以提供坚固的连接，并减轻整车重量，提高燃油效率。
3. 建筑工程领域：钢铝异种金属连接结构在建筑工程中的应用逐渐增多。
例如，在高层建筑的结构中，钢铝连接结构可用于提高结构的承载能力和抗震性能，减小结构的质量。
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
铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况
爆 炸焊 是 利 用 炸 药 爆 炸 时 的可 控 能 量 ， 使 两 种 迫
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 ， 这 个 过 程 中 由 于两 种 在
（ ）铝及其合金 与钢的热 导率 、 ３ 线膨 胀系数相差
ｗ ｒ ｏ ａｅ ． ｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ￣ｎ ｎ ｍｌ ｍｎ， ｓ ｅ ， ｄ ｓ ｉ ｌ ｒ ｍ ｅａ ｓ ｗｅｄ ｎ ｔ ｏ ｓ ｔ ｌ ｅ ｉｓｍｉ ｔ ｌ ， ａ ｌ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ
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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
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表 １ 铝与铁的物理 参数 比较
（ ）由于钢 的熔 点 比铝 的熔 点 高 ， 焊 接 过 程 中 ， １ 在 当铝 完全 熔化 为 液态 时 ， 钢仍 处 于 固态 ， 且 两 者 的 密 而 度 相差很 大 ， 当钢 完全 熔 化 后 ， 态 铝 浮 在 钢 水 上 面 ， 液
于铝与钢 连接的焊接方法 ， 对各 种焊接方法 的优缺点作 了分 析 比较。 并
关键 词 ： 铝 钢 异种 金属 焊 接 方 法
ＲＥＳ ＡＲＣＨ Ｅ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬｏＰ Ｉ ＥＮＴＳ ｏＦ ＤＩ Ｓ Ｓ Ｄ棚Ⅱ ＡＲ Ｉ ＥＴＡＬＳ Ｗ ＥＬ ＤＤ Ｇ
ｏＦ ＡＬＵＭ ＵＭ ＡＮＤ ＴＥＥＬ Ｓ
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。
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。
铝-钢连接液固界面反应研究进展
铝-钢连接液固界面反应研究进展何欢;勾文钦;景艳;房强汉;赵康培【期刊名称】《机械制造文摘-焊接分册》【年(卷),期】2018(000)006【摘要】The research progress of the interfacial reaction between liquid aluminum and solid steel in the joining of aluminum to steel was reviewed in detail. The types and order as well as the formation mechanism of interfacial reaction products during hot dip aluminizing of steel, brazing and welding-brazing of aluminum to steel processes were analyzed. Finally, the characteristics of the short-time nonequilibrium solid-liquid interfacial reaction of welding-brazing were analyzed and discussed.%详细综述了铝钢异种材料连接过程中液态铝与固态钢界面反应的研究进展, 重点分析了钢的热浸镀铝、铝钢异种金属钎焊以及熔钎焊的界面反应产物的种类、生成顺序及生长机制, 并对熔钎焊短时非平衡态固液界面反应的特点进行了分析和讨论.【总页数】6页(P27-31,38)【作者】何欢;勾文钦;景艳;房强汉;赵康培【作者单位】山东交通学院工程机械学院,山东济南 250357;山东交通学院工程机械学院,山东济南 250357;山东交通学院工程机械学院,山东济南 250357;山东交通学院工程机械学院,山东济南 250357;山东交通学院工程机械学院,山东济南250357【正文语种】中文【中图分类】TG457.1【相关文献】1.Ti/Cu/Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度 [J], 周飞;李志章2.钢-铝固液相复合中分形几何的研究与应用 [J], 张鹏;杜云慧;任学平;康永林;刘汉武;崔建忠;巴立民3.钢-铝固液相浸镀复合板的轧制处理 [J],4.钢/铝异种金属焊接固/液界面反应研究进展 [J],5.钢-铝固液相复合板界面层厚度建模 [J], 张鹏;杜云慧;康永林;张奇志;崔建忠;巴立民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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成 。当金属 间化 合 物 达 到 一定 厚 度 时 ， 脆 性 金 属 间 化
合 物在 很小 的应 力下 就 会 开 裂 ， 直 接 带 来 的就 是 低 强
度 的接头 。 ２ 铝一 钢 异种 材料 固相连 接技 术研究 进展 ２ ． １ 扩散焊
法 的技术特点 ， 阐述了连接工艺、 组织和性能的关系 。对 各种 焊接方法 的优缺点及发 展现状进行 了分 析 ， 并对铝 一
钢 连 接 的研 究 方 向进 行 了预 测 。
关键 词 ： 铝 钢 焊接 异 种 金 属
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｇ４ ５ ７ ． １
的反应驱 动力 很 高 的研究 。他们 开 发 出 了 当时 较 为 成 功 的技 术 ， 将 扩散焊与 电镀银结 合 ， 分别 可靠 连接 了 １ ２ ． ７ ｍ ｍ， ２ ０ ３ ． ２
ｍ ｍ和 ５ ０ ８ ｍｍ 直 径 的 ２ ２ １ ９铝 合金 和 ３ ２ １不 锈 钢 管 。 工艺 参数包 括 电镀 银 、 焊接温度 ２ ６ ０～３ ５ ０ ｏ Ｅ、 焊 接 压 力１ ３ ８～１ ７ ２ Ｍ Ｐ ａ 及 焊接 时 间 ２～ ４ ｈ 。５ ０ ８ ｒ ／ ｉ ａ 直 径 的 ｒ
铝合 金 的复合 结 构 ， 在 大 多数 情 况 下 则 还 是 更 经 济 和
扩散 焊是一 种 固相 连 接 方 法 ， 通 过加 以适 当 的 温 度 和压力并 保持 足够 的时 间来 使 被焊 材 料 界 面发 生 扩 散 并最终 实 现 连接 。扩 散 焊有 ５个 主要 的工 艺 参 数 ： 时间 、 温度、 压力 ， 材 料 表 面状 态及 环 境 。通 过 优 化 工 艺 参数 ， 元素 的扩散 量 和金 属 间 化合 物 的 生 成 可 得 到 有 效控 制 ， 所 以扩 散 焊被 列 为 连 接 冶 金 上 不 相 容 的 异 种 材料 的有 效方法 之一 。 波音公 司和 美 国航 空 航 天 局 Ｃ ． Ｈ．Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ等 人 在１ ９ ６ ７年就对 铝 合 金 一不 锈 钢 的扩 散 焊 进 行 了较 为
基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 （ ５ ０ ８ ７ ４ ０ ３ ３ ） 。 １ ８ ２ ０ １ ３年 第 ９期
专题综述 ｒ 缛掳
镀银 ， ２ ０ ４ ｏ Ｃ， １ １ ７ ＭＰ ａ ， １ ０ ｍ ｉ ｎ条 件 下 即 可 获得 可 靠 接
头 。室 温抗 拉强 度可 达 ２ ０ ０～２ ４ ０ ＭＰ ａ 。
更 理性 的选择 。近年 来 ， 随 着航 空 航 天 、 汽车、 铁路、 造
船 等领域 采用 铝／ 钢 复合 结构 的产 品逐 渐 增 多 ， 铝 一钢 连 接技术 越 来越 受 到人 们 的关 注 ， 并 逐 渐 成 为 材 料 连 接 研究领 域 的热点 问题 。
１ 铝 一钢 异种材 料连 接 的难点
接头 通过 了室 温和 ～１ ９ ５ ｏ Ｃ循 环 压 力试 验 且 爆 破试 验
的焊缝 ； 此外 ， 热 导率 ， 线 胀 系 数 以 及 比热 的 差 异 都会
为焊 接过程 带 来 很 大 困难 ， 非 对 称 温度 场 以及 较 大 的
接头 残余应 力都很 难 避免 。 铝钢连 接最 主要 的 问题是 铝 一铁脆 性 金 属 间化 合
０ 前 言
短 的 时间 内 ， 通 过液 态铝 一液 态 钢直 接 反应 、 液态铝 一
固态钢 界 面 反 应 或 固态 铝 一固态 钢 界 面 扩 散 即 可 生
节 能减 排与绿 色环 保是 二 十 一世 纪 制造 业 的重 要
课题 ， 这 就要 求设计 者将 更 多 的精 力 放在 轻 质结 构 上 。 制 造业 对轻 质结构 的需 求使 人 们 对 多种 材 料 的复合 结
物 的 生 成 。 由于二 者 彼 此 的 固溶 度 很 小 ， 并 且 该 体 系
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ６—１ ３
压 力在 一１ ９ ５℃达 到 ４ ． ８ ＭＰ ａ 。接 头抗 热震 性 ， 密 封性
及 耐蚀性 均 良好 。
美 国劳伦 斯利 福摩尔 国家 实 验室 Ｅ ． Ｒ ．Ｎ ａ ｉ ｍ ｏ ｎ等 人 在 １ ９ ８ １年进 一 步 发 展 了采 用 银 作 为 过 渡 层 扩 散 连接铝 一不锈 钢技 术 。采用 物 理气 相 沉积 银 膜 替代 电
料 组合 到 一 起 并 充 分 利 用 它 们 各 自独 特 的 性 能 。 例
如， 高 强钢 可 以满 足高 承 载 的要 求 ， 铜 是 理 想 的高 导 电
和高 导热材 料 ， 铝 合 金 在 某 种 程 度 上 与 铜 相 似但 却 更 轻并 能够很 好 的耐 大 气 腐 蚀 。尽 管 陶 瓷 、 聚 合 物 及 各 种新 型复合 材 料 在 不 断 涌 现 ， 但 传 统 金 属 材 料 如 钢 及
首 先二 者熔 点相差 很 大 ， 从 传统 熔 焊 的角 度来 看 ， 如果暂 不考 虑金 属 间化合 物 的生 成 问题 ， 当铝 熔 化 时 ， 钢 仍处 于 固态 ， 继 续增 加 能量 至 钢熔 化后 ， 由于二 者密 度 相差 很大 ， 液态 铝浮 于液 态 钢 上 ， 无法 得 到 成分 均 匀
ｒ
蜉掳 专题综述
～
铝 一钢 异 种 材 料 连 接 技 术 研 究 进 展 — — 固 相 焊
哈 尔滨工 业 大学 先进 焊接 与连接 国 家重 点 实验 室（ １ ５ ０ ０ ０ １ ） 何 欢 陈 哲 林三 宝
范成 磊
摘要
杨 春利
详细综述 了铝钢异种材料 固相连接技术的研究进 展 ， 重点分析了扩散焊 、 摩擦 焊、 搅拌 摩擦 焊等连接方