铝钢焊接研究现状及发展趋势

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　　【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。
　　石岩等人[6]对使用连续脉冲双激光焊接铝钢进行了研究。研究发现，在连续激光配以脉冲激光的双光束焊接时，可以实现较深的焊接。这是由于在脉冲激光的作用下，位于焊缝处的Fe穿入Al中，进而形成硬度高，脆性大的化合物。
　　2.3 铝钢焊接中的电子束焊
　　即使电子束焊存在焊接装备要求高，设备复杂，维护技术要求高等缺点，但是由于电子束焊具有能量密度高，熔透性高，焊接变形小，对难容以及异种金属也能进行焊接等优点，从而被广泛应用于航空航天、国防及军工等众多行业。许多研究着也对其进行了深入的研究。
　　哈尔滨工业大学对铝镁合金与钢的异种材料电子束焊接进行了研究。研究对于异种金属连接过程中出现的母材两侧热输入不均匀的现象，提出了用偏束焊接来解决的方法。
　　2.4 铝钢焊接中的摩擦焊
　　摩擦焊确实能够得到优良的铝钢焊接接头，但是其对于形状相对比较复杂的工件焊接困难，这是其应用受到限制的一个因素。许多研究者也对铝钢的摩擦焊进行了多方面的研究，并且取得了可喜的进展。
　　Elliott等人对前人的研究进行了概括与总结，提出影响铝钢焊接接头的主要因素是金属间化合物的形成，并且进一步通过实验来探讨了各种工艺参数、合金元素以及回火处理对金属间化合物形成与长大的影响，并且其研究提出了金属间化合物的临界厚度1um，小于此值可以使焊接接头强度提高 [7]。
　　2.5 铝钢焊接中的爆炸焊
　　爆炸焊对工件表面清理要求不太严，而结合强度却比较高，因而被广泛用于焊接异种金属，比如说导电母线过渡接头、换热器管与管板的焊接和制造大面积复合板。近年来也有不少研究者对铝钢的爆炸焊进行了研究。
　　2007年，王建民等人[8]研究了爆炸焊接工艺对铝钢复合板界面性能的影响。研究中发现，铝钢复合板的界面不易形成波状结合，而是形成一种波状与直接结合的混合结合方式。研究还发现，爆炸焊对铝钢复合界面的扩散影响不明显，并且提出了爆炸焊中为了提高复合板的强度，宜使用小药量进行焊接。
　　3 结语
　　在焊接领域中，铝钢焊接问题一直是一个热点问题。各种焊接方法都有其优势与劣势的一面，而采用不同的焊接方法，能得到不同性能的焊接接头。铝钢的优质与高效连接，一直是研究者们孜孜以求的目标。就目前这些焊接方法而言，都还不够成熟与完善，都还有待改进与提高，特别是在改进接头性能与提高生产效率方面。但是随着焊接技术的发展，新兴的焊接技术的出现，又为实现铝钢的优质高效连接这一目标提供了方向。这还有待我们进一步的研究与探索。
　　参考文献
　　[1]孟庆森，王文先，吴志生.金属材料焊接基础[M].北京：化学工业出版社，2005.
　　[2]元恒新，陈海英.铝合金车身的点焊工艺[J].电焊机，2006，36（2）：63-66.
　　[3]刘树英，铃村晓男，池壮寺敏孝，山崎敬久.铝合金与不锈钢钎焊性能影响因素的研究[J].焊接技术，2009，38（6）：12-16.
　　[4]Alexandre Mathieu，Sebastian Pontevicci,Jean-claude.Laser beam aluminum-steel joints-mechanical and dynamical prosperities and detailed microstructural analysis of intermetallic FeAl-Phases[J]. Laser material processing conference.2007,1006:588-595.
　　[5]雷阵，泰国梁，林尚扬，王旭友.铝钢异种金属Nd：YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺[J].焊接，2006，（6）：35-37.
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