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。
(3)铝钢焊接接头变形严重。在铝和钢的焊接过程中，由于铝及其合金与钢的线膨胀系数、密度以及热导率都差距很大，从而造成了焊后焊接接头的严重变形，严重时还会产生较大的残余应力，这样就很容易产生裂纹。
3 铝和钢焊接的相关方法与问题
3.1 铝和钢的压焊
铝钢复合板的制作一般采用的是滚焊和爆炸复合的制作方式。有实验表明：在铝钢复合板的制作中，纯铝和钢的结合界面会生成金属间的化合物，并且硬度非常高。因此，通过实验，笔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，能够形成金属的高硬度，这样以来就不利于复合板的硬化对其使用性。要想能够更好地使铝合金和钢板做到良好的接触，技术人员可以利用压轮的方法，加快钢板和铝板之间热量的快速传递。在铝和钢的压焊过程中，FeAl3是金属间脆性物质层的主要成分。如果金属间化合物层的厚度小于10€%em 时，那么样品就会断裂在镀锌钢的基体金属中。利用激光压力焊接镀锌钢和纯铝，根据压力的不同会出现不同的情况，当压轮的压力大于 1.96kN，激光功率≤1400W 的时候，接头的强度就会变高。
3.2 铝和钢的搅拌摩擦焊
使用此种方法对对铝合金和不锈钢进行焊接，实验证明：在低转速下焊缝温度增长不够，就会很容易在短时间内导致焊接接头烧坏。如果在高转速下，镁会因为温度较高而燃烧，结果就是得不到完美的接头。当焊头旋转速度为250rpm 时，焊缝的抗拉强度较高，而且焊接头的形貌较好。在实验过程中，常常采用摩擦搅拌焊的方法，这是一种固相焊接的主要方法，在异种金属焊接中非常常见。摩擦搅拌焊接的方法具有很大的优点，例如：在焊接过程中能量的输出小，焊接使用的时间也比较短，焊接的温度也非常低，这样也不会造成焊接结构的变形，摩擦搅拌焊接的这些优点使得该种方法得到了很大的推广和应用。但是这种方法也有自身的缺点，在焊接的过程中采用搅拌摩擦焊，焊接的效率不高，工艺研究目前还不够完善，需要进一步研究努力。
3.3 钎焊
有学者研究了铝合金与不锈钢的钎焊工艺方法，其中钎料为镍/铜过渡层，同时还深入探讨了焊缝的组织与力学特性以及连接界面的内在机理问题。在研究的过程中，通过对焊缝的进一步分析，进一步发现了没有铝和铁脆性金属间化合物在焊缝和母材中出现。这就在一定程度上说明了钎料能够
防止铝铁等原子的向外扩散。通过研究我们得知：因为在焊缝与铜界面上生成了少量的AlCu3，但并没有因此降低了焊缝的抗剪强度。一般情况下是钢处在固态，而铝处于熔化状态，结合了钎焊、熔焊两种焊接特点。
有学者研究了焊接热侵蚀镀锌钢板和AA6082 铝，其中AlSi为填充焊丝。采用的三种焊接方式为：CMT 焊接、激光—冷填丝焊接、激光—CMT。结果显示此三种工艺表面的形貌与激光冷填丝焊接穿透深度的对比，得到激光冷填丝焊接是最佳工艺，并进行了工艺的优化。预热焊丝钎焊使铝和焊缝间连接得更好。主要是由于激光可以很好地融化预热的填丝，从而使接头更好的被填充。同时也优化了工艺参数，当预热电流为160A，激光功率达到2700W时焊接接头的机械应力达到最大值。
还有一种钎焊形式—电弧焊，此种方法是利用电源作为热源对铝与钢进行加热，把铝基焊丝填充接头也送进去，此时的状态为熔化状态，为熔焊结合，但是此时的钢母材不熔化，为钎焊结合。此种焊接方法也有较为明显的优势，具有节能、高效、灵活方便的特点，此种方法使钎焊接头在高温状态下停留的时间比较短，所以焊接时母材不易产生晶粒过大现象，结果就是使热影响区比较窄，焊缝后工艺美观，力学性能较好，而且自动化程度高。
4 结语
一直以来，铝和钢之间的焊接问题都是难点。目前,铝—钢连接的焊接方法多为固相连接方法,很难满足批量生产的要求,可以说目前异种金属的优质高效连接问题已经逐步成为影响金属复合结构在工程中更大范围推广应用的最大技术瓶颈。需要广大学者不断研究，积极改进，推动金属异种金属焊接技术的进步。
参考文献：
[1]张秉刚,何景山,曾如川,等．LF2 铝合金与Q235 钢加入中间Cu层电子束焊接接头组织及形成机理[J].焊接学报,2007(28):24.
[2]石岩,张宏,渡部武弘,等.连续—脉冲双击光束焊接钢—铝合金[J].中国激光,2010,37(4):1132-1137.
[3]铝学勤,石忠贤,杨尚磊,等．铝(铝合金)与不锈钢的过渡层钎焊工艺及机理分析[J].机械工程材料,2004,28(1):23-25.
[4]王建民,朱锡,刘润泉.铝合金—纯铝—钢复合板爆炸焊接试验及性能研究[J].海军工程大学学报,2008(20):105-108.
[5]王文亭.铝与不锈钢钎焊及其钎缝脆相研究[J].轻金属加工技术,1986(6):56-65.
[6]黄庆丰,张建中,姜卫东,等.异种金属间激光焊接的初步研究[J].上海口腔医学,2004(10).
[7]黄本生,黄龙鹏,李慧.异种金属焊接研究现状及发展趋势[J].材料导论,2011(12).
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，
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
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。通过分析不同的组合材料的特性，可以确定合适的焊接参数和焊接方式，从而达到良好的焊接效果。 三、究发展方向 随着材料技术的发展，铝钢异种材料焊接也面临着种种挑战。因此，未来的研究将致力于提高焊接质量和性能，以满足客户的各种需求。 首先，需要进一步完善焊接技术，开发新的焊接工艺，如新型电弧焊接、激光焊接、超声焊接等，以及新型填充材料的应用等。其次，还要对各种材料组合、合金等进行详细的研究，并研究复杂场景下的焊接工艺，如压力加工、夹紧焊接、反复焊接等，以及进行材料的性能验证，确定合理的焊接参数和焊接技术条件。最后，为了提高焊接
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
搅拌摩擦焊技术在异种金属连接中的研究和发展趋势
搅拌摩擦焊技术在异种金属连接中的研究和发展趋势 100343班10030125 李晓朋 [摘要]文章对搅拌摩擦焊技术概况和技术特点进行了简要介绍，对搅拌摩擦焊技术在国内外异种技术连接中的研究现状进行了分析。文章认为搅拌摩擦焊技术在铝铜、铝镁等异种金属的连接具有广泛的的应用价值，有利于提高中国工业在国际市场的竞争能力。 [关键词]搅拌摩擦焊；异种金属；研究；发展趋势； 0前言 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊接技术一种固相焊接技术，1991 年由英国焊接研究所（The Welding Institute，简称TWI）发明。搅拌摩擦焊在飞机制造、机车车辆和船舶制造中已经得到应用，主要用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和铝基复合材料的同种或异种材料的焊接。与其他传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊消耗的能源更少，无需填充焊丝，无飞溅，无烟尘，这使得这一技术更加的环保，具有很好的实际应用价值。 1搅拌摩擦焊原理 与常规摩擦焊一样,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于,搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化,同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的，由此可见搅拌摩擦焊的焊缝是在热－机联合作用下形成的固态焊缝。具有界面温度低、加热冷却速度快、在高温停留时间短、有利于控制金属间化合物生长等显著特性。搅拌摩擦焊原理如图1所示[1-2]。 异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能，搅拌摩擦焊对材料的适应性很强，几乎可以焊接所有类型的铝合金材料，也可以较容易的实现异种材料连接，目前研究较多的是镁－铝异种材料搅拌摩擦焊技术，此外，利用搅拌摩擦焊还可以较方便的实现铜铝复合焊接接头和铝－钢板材之间 的连接等。图 1 搅拌摩擦焊原理
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。CO2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CO2作为保护气体时,其焊缝熔化区主要为少量 Mg2Al3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 Fe2Al5。 使用CO2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KAlF4+Zn+Sn作用下的钎料铺展性较好,润湿角较小。 使用KAlF4+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。而采用钎剂 KAlF4+K2SiF6后,焊接接头硬度最大可达到211.4HV。
钢铝异种金属焊接方法
钢铝异种金属焊接方法 本文旨在介绍钢铝异种金属焊接的四种主要方法，包括熔化焊、压力焊、钎焊和其他焊接方法。每种方法都有其原理、分类和应用，旨在提供读者对钢铝异种金属焊接工艺的全面了解。 1.熔化焊 熔化焊是指将金属加热至熔化状态，然后进行焊接的过程。这种方法适用于不同金属之间的焊接，尤其是钢铝异种金属的焊接。熔化焊的主要优点是能够实现高强度连接，且适用于大型构件的焊接。 在钢铝异种金属焊接中，熔化焊的原理是将钢和铝加热至熔化状态，然后混合在一起。由于钢和铝的熔点不同，因此需要选择适当的焊接工艺以避免产生裂纹。常见的熔化焊方法包括电弧焊、激光焊和电子束焊等。 2.压力焊 压力焊是指通过施加压力来完成的焊接过程。这种方法适用于不同金属之间的焊接，尤其是那些具有高导热性或高熔点的金属。压力焊的主要优点是能够实现高效率连接，且适用于薄板和管道等小型构件的焊接。 在钢铝异种金属焊接中，压力焊的原理是将钢和铝放置在一起，然后施加压力使它们紧密接触并产生塑性变形。在这个过程中，原子之间的相互作用使得钢和铝相互扩散并形成冶金结合。常见的压力焊方法包括摩擦焊、超声波焊和爆炸焊等。 3.钎焊
钎焊是一种利用低熔点钎料来实现金属连接的焊接方法。这种方法适用于不同金属之间的焊接，尤其是那些具有高热导率和相似熔点的金属。钎焊的主要优点是能够实现高可靠性连接，且适用于精密部件的焊接。 在钢铝异种金属焊接中，钎焊的原理是将钢和铝用低熔点的钎料夹在中间，然后加热钎料使其熔化并填充钢和铝之间的间隙。在这个过程中，钎料与钢和铝相互作用并形成冶金结合。常见的钎焊方法包括火焰钎焊、感应钎焊和真空钎焊等。 4.其他焊接方法 除了上述三种主要的焊接方法外，还有一些其他的焊接方法也可以用于钢铝异种金属的焊接。例如电阻焊、电子束焊等。这些方法在某些特定的应用场景下具有独特的优势。例如电阻焊适合于大批量生产的薄板零件焊接；电子束焊则可以实现高强度、高质量的焊接接头。 电阻焊的原理是将钢和铝通过电极施加压力并通电，利用电流的热效应使金属加热至熔化或塑性状态实现连接。该方法适用于薄板和精密零件的焊接。电子束焊则是利用高能电子束轰击金属表面产生高温使金属熔化实现连接，具有高强度和高精度的特点，适用于航空航天等领域的精密构件焊接。 5.结论： 钢铝异种金属的焊接是一项具有挑战性的工艺技术，但通过选择合适的焊接方法和工艺参数可以实现高质量、高强度的连接。本文介绍的熔化焊、压力焊、钎焊和其他焊接方法都有其独特的原理和应用
铝钢异种金属cmt焊接变形研究
铝钢异种金属cmt焊接变形研究 近年来，由于航天飞机、能源及环境工程的发展，出现了越来越多的复杂铝合金和钢材的混合材料。对于复合结构件的制造，铝钢异种金属的cmt焊接显得尤为重要。因为cmt焊接不仅可以满足混合材料制造的要求，而且还可以让结合部位拥有良好的力学性能。然而，由于焊接过程中所产生的变形，会对材料的力学性能、机械特性和安全性具有重要影响。 针对特殊结构件的制造，为了有效控制焊接接头变形，首先必须研究cmt焊接铝钢异种金属（AlFe）结构件变形的规律。为此，海军航空工程学院进行了一项研究，通过实验分析，探索了焊接过程中cmt焊接铝钢异种金属结构件的变形规律。 实验中，被研究的材料包括:5083铝合金和Q235钢，焊接方法采用了cmt焊接工艺。为了更清楚地表现焊接变形规律，实验中还研究了焊接过程中焊接头的温度变化规律和晶粒尺寸及析出物的影响。实验结果表明，随着cmt焊接的加温时间的增加，焊接头的温度逐渐增加，并且晶粒大小也随之增大。 当温度超过400℃时，铝和钢层之间的间隙会出现熔融，焊接接头的变形会随着温度的增加而逐渐增加，焊接头的温度越高，变形越大。 焊接接头的冷却过程也是极其重要的，它会影响材料残余应力的分布。冷却过程中，由于钢熔体的冷却性能较差，引起的“冷脆”现象，会对温度分布中的残余应力产生重要影响。从实际情况来看，无
论是什么形式的变形，其结果都会受到重大影响。然而，如果加入适当的晶粒增强剂，可以改善铝材料的残余应力分布，从而减小变形。 研究还表明，两种不同材料之间固态对接头的温度和变形也存在联系。尽管固态对接头的变形量要远小于液态对接头，但随着温度的增加，固态对接头的变形量也会不断增加。此外，固态对接头的变形不仅受到温度的影响，而且还受到焊接条件的影响，因此，为了减小变形，应采取适当的焊接条件。 本实验研究表明，cmt焊接铝钢异种金属结构件的变形规律是由焊接方法，焊接温度，晶粒尺寸及析出物，以及焊接条件等因素所决定的，为控制变形提供了重要参考。所有实验结果可以为工程的设计以及焊接工艺的优化提供有益的参考。 综上所述，本研究对cmt焊接铝钢异种金属结构件的变形及其影响因素进行了深入的分析，从而为工程的设计和制造提供了有价值的参考。同时也为铝钢异种金属cmt焊接技术的进一步发展奠定了基础。
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
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。 2.2 铝钢激光焊 虽然激光焊早期运用于铝钢焊接时，由于容易在接头处生成硬而脆的金属间化合物，得到的焊接接头使用性不好而受到限制，但是激光焊也有着无可比拟的优越性，如功率密度高，加热速度快，损耗小。许多研究者也从事这方面的研究，推动了激光焊技术的发展。 2006年雷阵等人[5]对铝钢异种金属Nd：YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺进行了研究。研究表明，铝钢异种金属Nd：YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接成功实现铝与钢异种金属的优质、高效熔钎连接。用该方法制成的接头，进行拉伸试验后发现其强度与铝合金母材电弧熔化焊接头强度相当。此项研究中激光的作用除了作为焊接热输入外，还起到对母材进行加热，提高焊缝金属在母材表面的铺展性作用。
6061-2024异种铝合金搅拌摩擦焊接头参数及性能分析
6061-2024异种铝合金搅拌摩擦焊接 头参数及性能分析 摘要：本文研究了6061/2024异种铝合金在搅拌摩擦焊接过程中的参数选择及其对接头性能的影响。通过研究不同参数下的接头微观结构和力学性能，得出了最佳参数的选择。实验结果表明，选择适当的应力、转速和摩擦时间，能够得到具有良好性能的6061/2024异种铝合金搅拌摩擦焊接头。 关键词：6061/2024异种铝合金，搅拌摩擦焊接，焊接参数， 性能分析 1. 引言 铝合金因其重量轻，强度高，成形性好等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通等领域。而异种铝合金的焊接一直是一个难点，因为其相互之间的化学成分及物理性能差异相当大，很难通过传统的焊接方法进行连接。而搅拌摩擦焊接由于能够实现无溶剂、无气体、无融合的焊接过程，成为近年来焊接领域的研究热点之一，尤其对于异种铝合金的焊接来说，更是具有独特的优势。 2. 实验方法 本文采用6061铝合金和2024铝合金，进行了搅拌摩擦焊接（FSW）的实验，选取不同的参数（应力、转速和摩擦时间），通过测量焊接接头在拉伸试验仪上的力学性能，得到最佳参数下的接头性能。
3. 结果与分析 3.1 微观结构 通过金相显微镜观察不同参数下的接头微观结构，得到了以下结果。 当转速为1200rpm，应力为30kN，摩擦时间为6s时，接头微 观结构呈现最细小的晶粒和最优秀的铝合金和混杂物的均匀分布。因此，这些参数被认为是得到最佳性能的最佳参数。 3.2 力学性能 选用以上得到的最佳参数下分别进行了拉伸试验和硬度测试。结果表明，最佳参数下的接头最大拉伸强度达到了100MPa， 明显高于其他参数下的接头。同时，在硬度测试中也得到了相似的结果，这说明了选择适当的参数能够显著提高接头的力学性能。 4. 结论 通过本文的研究，得出了最佳的焊接参数，即转速为1200rpm，应力为30kN，摩擦时间为6s的条件下，得到的6061/2024异 种铝合金搅拌摩擦焊接头具有最佳的力学性能和微观结构。本文的研究结果为异种铝合金的焊接提供了有价值的参考。 5. 讨论 本研究采用了搅拌摩擦焊接技术进行异种铝合金的焊接，该方法相较于传统的熔化焊接方法具有许多优点，如焊接过程中不产生烟雾、不需要外加填充材料、没有热影响区等，因此近年
500KA铝电解阳极铝钢直焊技术试验研究及运用
500KA铝电解阳极铝钢直焊技术试验研 究及运用 摘要：我国是世界大型铝电解槽使用大国，电解铝产能连续15年居世界首位，特别是自2012年以来，以500kA为代表的大型铝电解槽的投入运行为电解铝产能的快速增长注入了动力。铝钢异种金属直接焊接此前一直是困扰铝行业的一项技术难题，铝钢直焊技术不仅突破了铝钢异种焊接的技术难题，还实现了较传统技术节电30%，对推动行业技术升级、加快传统电解铝企业绿色转型具有重要意义。本文研究了阳极铝钢直焊技术在500KA铝电解的应用，综述了国内铝钢直焊技术的特点，并指出推广效果。 关键词：电解槽；500KA；铝钢直焊 当前国内的阳极铝导杆和钢爪横梁主要采用爆炸焊块进行过渡连接，据不完全统计，传统的爆炸焊块焊接方式，每年导杆爆炸块开裂率为16-18％，由于传统的焊接方法在焊接接头处焊接质量难以保证，接头压降高从而导致了巨额能耗损失。因此，引进可靠、高效的钢铝焊接技术，减少导杆组维修数量，降低维修费用、降低电解生产成本，则显得尤为重要。 1现状 目前国内阳极导杆组采用的方法是铝导杆+爆炸块+钢爪通过人工组对焊接在一起，采用该方法存在以下两个问题： 1、有两道焊口钢-钢、铝-铝，焊接面之间接触导电，接触面发热量大，温度高，电阻随温度升高而增大，压降也随之增大。 2、铝-钛-钢爆炸块受不同金属热膨胀系数影响，爆炸面容易开裂，无法修复利用，铝-钛-钢爆炸块318元/块，使用成本高。 2具体措施
铝钢焊实施：阳极导杆和钢爪铝钢焊接技术可将现有3处接触压降变为1处，使焊缝界面材料达到原子结合。 铝导杆和钢爪直接连接，取消爆炸复合焊块。 铝电解生产供电系统是直流、低电压、大电流回路，在电解槽供电回路中采 用低电阻值设计，以降低电解槽外部电压降是铝电解节能的先决条件之一。作为 主要导电装置之一的阳极钢爪和铝导杆的电阻值应越小越好，只有这样才能降低 电流在传导过程中的损耗。现在通用的铝电解阳极钢爪是采用低碳铸钢铸造而成，采用铝钢复合爆炸焊片过渡与铝导杆焊接组合成为阳极导电装置，主要起传导电 流和承载阳极碳块重量的作用，以导电为主。原设计铸钢阳极钢爪、爆炸焊片和 铝导杆在铝电解生产传导电流的过程中，在不同的区位形成电压降，导致电流损耗。目前，我国大部分铝厂使用的仍是铸造钢爪，由于铸造钢爪的检测和验收标 准缺失。使用合格材料生产铸造钢爪价格较高缺泛市场竟争力，价格较低的铸造 钢爪却是由废钢、杂钢以及报废旧钢爪直接再重熔而成，其电能损耗大，使用寿 命短。为了尽量降低生产单位电耗，研制和应用低电阻值节能型铝钢复合结构阳 极钢爪就是一种有效措施。 场地和配套设施要求： 1 、生产线占地面积：15×40m (标准设备占地面积) 2 、生产线设备总功率：150kw 3 、天车：设备安装场地内至少有一台 5t 及以上、有效吊高不小于 5 米 的生产线，专用天车用于设备安装和后续生产。
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
浅析钛合金与铝合金异种金属焊接技术 胡寻新
浅析钛合金与铝合金异种金属焊接技术胡寻新 摘要：众所周知，由于铝合金、钛合金具有耐蚀性好、比强度高以及密度小等 多方面的优势，这也是铝合金、钛合金等有色金属能够广泛的被运用在化工领域、车辆制造、交通运输以及航空航天等领域的重要因素。此外，将铝合金与钛合金 异种金属进行焊接，对于尽可能的将两种材料的性能发挥出来具有积极意义。 关键词：钛合金；铝合金；异种金属；焊接技术 钛合金和铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等特点，在航空航天、交 通运输、车辆制造、化工领域等具有广泛的应用。现代工程中复杂工况条件对工 件的服役性能提出了更高的挑战，促进了复合结构的发展和应用。由钛合金和铝 合金构成的复合构件可最大限度发挥两种材料的性能特点。由于钛合金和铝合金 在热物理性能和力学性能上存在显著的差异，造成了两者在焊接过程当中容易出 现气孔、裂纹等诸多问题。其中由于冶金反应形成金属间化合物是造成Ti/Al异种材料接头性能恶化的重要原因之一。高效的实现钛合金和铝合金的焊接，并获得 满意的接头性能，一直是异种材料焊接领域的关注热点。 1铝合金和钛合金的焊接性 由于铝合金、钛合金的热物理性能、力学性能等方面的差异较为明显，因此 在焊接性方面是相对较差的，并且两种金属在焊接的过程中也会出现不同类型的 问题，具有代表性的有以下几种：①氧化问题。铝和钛都具有极易氧化的特点，这是导致铝合金与钛合金很难焊接的最主要原因。②相容性差。由于铝与钛的相容性都较差，因此融合形成固溶体焊缝困难较大，很难融合。具体来说，在665℃的情况下，钛在铝中的溶解度处于0.26%至0.28%范围内，而在常温20℃左右的 环境下，那么其溶解度为0.07%，因此即便在高温的环境下焊接，也是较为困难的。③焊接变形问题。由于铝与钛等类型的有色金属，在线胀系数与热导率方面间的差异较为明显，因此在焊接铝合金与钛合金的过程中，焊接变形的情况也是 较为常见的。④气孔问题。在钛低温焊接的过程中，由于氢在钛中的溶解度是相对较大的，因此在焊接时会出现不同形状的气孔，这也导致焊接阶段出现脆裂、 韧性降低的核心因素。 2钛合金与铝合金异种金属焊接技术类型 2.1熔化焊 在异种有色金属焊接技术研究的初期，由于熔化焊具有应有广泛、成本低等 多方面的特征，因此专家便期望将此方法运用在铝合金与钛合金异种金属焊接当中。在铝合金与钛合金同时融化的情况下，会导致部分金属间化合物产物的脆性 较大，严重影响到其脆性，特别是会出现焊接接头开裂的情况。对此，为了能够 很好的对此问题进行解决，提出了借助于激光的方式来对焊接过程中的加热为止 与热输入点进行控制。 2.2固相焊 在钛合金与铝合金异种金属焊接的过程中，固相焊技术是较为常见的，具有 代表性的类型有扩散焊、摩擦焊以及搅拌摩擦焊等。扩散焊。由于在异种金属焊 接的过程中，扩散焊方式能够将其很好的结合，因此国内外学者对该领域的研究 是较为深入的，并且所取得的效果也是非常显著的。为了能够实现接头实用价值 的提升，国内学者姚为在对5A06铝合金与TA2钛合金焊接的过程中，将Nb当做组隔层，经过检测后得到焊接过程中所出现的化合物为Al18Ti2Mg3，同时其剪切 强度为105MPa。而学者Zeng则同样采用真空焊接技术，得到的接头强度在
汽车车身异种金属板件磁脉冲焊接工艺研究
汽车车身异种金属板件磁脉冲焊接工艺研究 崔俊佳;袁伟;李光耀 【摘要】Magnetic pulse welding ( MPW) is employed to realize the solid-phase welding of stainless steel plate to copper and aluminum plates. By changing parameters, such as the thickness of and the gap between welded plates, their influences on welding quality are studied. Microscopic analysis techniques including confocal laser scanning microscope, scanning electron microscope and energy disperse spectroscopy are adopted to compare the mi-croscopic structure and performance of weld interface in different sample parts. The results show that the microscop-ic features of weld interfaces vary significantly with different parameters of welded parts. With the increase of the thickness of and the gap between welded plates, the wave size and the thickness of transition zone increase, leading to an improved welding quality.%采用磁脉冲焊接技术,实现不锈钢板与铜板和不锈钢板与铝板的固相焊接.通过改变焊件的厚度和板间距等参数,研究其对焊接质量的影响.采用激光共聚焦显微镜﹑扫描电镜和能谱分析等微观分析方法,对不同样件焊接界面的微观结构和性能进行对比.结果表明,焊件的不同参数的焊接界面微观特征差异较大.随着板件厚度和板间距的增大,焊接界面波形尺寸和过渡区厚度显著增加,焊接质量提高. 【期刊名称】《汽车工程》 【年(卷),期】2017(039)001 【总页数】8页(P113-120)