钢／铝异种金属焊接的研究现状

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。

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。

【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。

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。

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过异种焊接技术，研究不同金属材料之间的焊接性能，包括焊接接头的组织结构、力学性能和耐腐蚀性能。

通过对异种焊接工艺的探索，为实际工程中的应用提供理论依据和实验数据。

二、实验材料1. 材料名称：45钢、不锈钢（304）、铝2. 材料规格：直径10mm3. 焊接材料：ER50-6焊丝三、实验设备1. 焊接电源：直流电源，可调电流和电压2. 焊接机头：气体保护焊机头3. 气体保护装置：氩气瓶，流量计4. 显微镜：光学显微镜5. X射线衍射仪：分析焊接接头的化学成分6. 拉伸试验机：测试焊接接头的力学性能四、实验方法1. 焊接工艺：采用气体保护焊进行焊接，保护气体为氩气。

焊接电流和电压根据实验材料和工作条件进行调整。

2. 焊接接头制备：将45钢、不锈钢和铝三种材料分别焊接成异种焊接接头，确保焊接质量。

3. 组织结构观察：利用光学显微镜观察焊接接头的微观组织结构，分析不同材料之间的结合情况。

4. 力学性能测试：对焊接接头进行拉伸试验，测试其抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能。

5. 耐腐蚀性能测试：将焊接接头浸泡在 3.5%的NaCl溶液中，观察其耐腐蚀性能。

五、实验结果与分析1. 组织结构观察：（1）45钢与不锈钢焊接接头：焊接接头处存在明显的熔合线，两侧母材的晶粒大小存在差异，但整体上焊接接头组织较为均匀。

（2）45钢与铝焊接接头：焊接接头处存在明显的熔合线，铝侧的晶粒比钢侧的晶粒细小，表明铝在焊接过程中发生了溶解和扩散。

（3）不锈钢与铝焊接接头：焊接接头处存在明显的熔合线，两侧母材的晶粒大小存在差异，但整体上焊接接头组织较为均匀。

2. 力学性能测试：（1）45钢与不锈钢焊接接头：抗拉强度为490MPa，屈服强度为345MPa，延伸率为26%。

（2）45钢与铝焊接接头：抗拉强度为320MPa，屈服强度为250MPa，延伸率为25%。

（3）不锈钢与铝焊接接头：抗拉强度为420MPa，屈服强度为300MPa，延伸率为30%。

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。

铝钢异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展0 序言发展节能与新能源汽车是降低汽车燃料消耗量，改善大气环境，促进汽车产业技术进步和优化升级的重要举措。

汽车的车身轻量化制造技术近年来一直是汽车制造业的研究热点，汽车整体质量每降低10%，可使油耗降低6%～8%，并减少10%的有害气体排放[1]。

大众奥迪A8型轿车车身大量采用铝/钢异质金属复合结构，比纯钢体车身质量轻43%，很大程度的提高了燃油效率。

在航空航天、轨道交通等领域，为了节约能源、减轻重量、降低成本、满足不同的工作条件要求，异种材料的焊接技术和异质金属复合结构件日益受到重视。

美国Delta Ⅳ火箭贮箱制造、日本H2B火箭推进剂贮箱等均涉及到铝合金/钢异质金属连接[2]。

用铝合金代替钢可减轻结构件重量，铝/钢异质金属复合结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重技术要求，但其焊接技术作为轻量化设计中的关键问题仍没有得到有效的解决。

铝/钢的物理参数、晶格参数、组织结构相差甚远，致使铝/钢异质金属连接的难度较大。

铝/钢异质金属的连接存在以下四个方面的难点[1]：①钢和铝合金两者之间的固溶度较低，常温下铁在铝中的固溶度几乎为零，在225～600 ℃时，铁在铝中的固溶极限为0.01%～0.022%，铝合金和钢之间热物理性能的差异大；②熔化焊时界面易生成脆硬相的FeAl2,FeAl3和Fe2Al5等金属间化合物，会直接降低接头的使用性能；③铝合金在高温作用下，表面容易形成难熔的Al2O3氧化膜，使得焊缝产生夹渣现象；④液态铝合金在普通钢板表面的润湿铺展性能差。

目前常用的焊接方法如低能量输入熔焊、钎焊等都会形成较厚的金属间化合物，影响接头的使用寿命。

因此，需要开发新方法来实现铝/钢异质金属连接的快速发展。

近年来，国内外学者对铝/钢异质金属的连接开展了系列探索，涉及电弧熔钎焊、激光焊、电子束焊接、扩散焊、电阻点焊、搅拌摩擦焊等[3-6]，以期获得高效节能、可靠、低成本的焊接方法。

异种钢焊接性的研究现状和进展摘要：本文首先对异种钢焊接特征加以阐述，其次对现阶段异种钢焊接应用情况加以分析，最后对异种钢焊接性研究进展如熔合区组织变化主要特性、接头位置断口形态等予以分析，望借此为推动异种钢焊接性研究的推进提供参考。

关键词：异种钢；焊接性；研究进展随着我国科学技术的发展，推动工业生产领域不断发展，并对工业生产领域所应用构件也提出更高要求。

为满足工业生产需求，将异种钢焊接应用至工业生产领域具备重要现实意义。

借助异种钢的应用除可实现材料自身性能的充分发挥外，还可有效提升构件性能，并提高工业生产技术水平，以推动工业生产领域可持续发展。

1 异种钢焊接特征异种钢焊接即指两种不同牌号钢的焊接，在异种金属焊接领域中较为常见。

焊接接头可分再细分为两种形式，其一为同类异种钢所构成的接头，此类接头虽化学成分存在差异，但均为奥氏体类钢，或铁素体类钢；其二为异类异种钢所构成的接头，两侧木材为不同接头，如分别为奥氏体类钢、铁素体类钢，熔合方式见图1。

图1异类异种钢接头熔合不同牌号的钢组织成分也存在一定差异，并在焊接时易存在接头残余应力分布及焊接成分稀释等问题。

分析低合金钢化学成分可知，钢的淬硬性将会伴随钢种合金元素比重的增加而不断加大，并对异种钢焊接性产生影响。

熔合比为影响合金元素在焊接金属中比重的重要因素，而熔合比则受金属导热性、熔化特性及焊接参数等诸多因素影响。

若在焊接过程中产生熔合区过渡层，则会降低接头性能，成为接头薄弱之处，过渡层中所包含的脱碳层在高温条件下易导致晶间腐蚀的产生，对钢力学性能造成影响。

此外，在异种钢焊接过程中，异种钢热收缩性、热膨胀性的不均匀也会导致焊接中分布的残余应力、同种金属中分布的应力二者间产生差异，且借助回火也无法将残余应力消除，借助回火只能重新分布残余应力。

2 异种钢焊接应用现状电站锅炉、交通运输、机械工程等领域中一种异种钢焊得以广泛应用。

实际应用过程中，异种钢焊接工艺、接头性能将会对构件的使用期限、强度水平产生直接影响，并在性能、成分、组织同母材差异较大异种钢焊接中尤为明显。