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。
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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
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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