鋁鋼異種金屬焊接研究現狀

陳大林

(蘭州石化職業技術學院 機械工程學院，甘肅 蘭州730060)

隨著經濟社會的發展，石油消耗與日俱增，引發全球溫室效應、臭氧層破壞、酸雨現象等。“綠色環保，節能減排”無疑已經成為我國經濟發展的新方向。汽車輕量化，降低燃油消耗無疑是汽車制造商急需解決的難題[1]。鋁及其合金具有密度小、比強度高、能顯著降低結構的重量，而鋼鐵合金具有強度高，塑韌性較好、價格便宜、可加工性好的特性，廣泛應用于機械加工制造。因此，采用“鋁+鋼”復合結構可以充分發揮鋁鋼各自優勢，提高結構強度，減輕結構質量，是實現汽車輕量化的有效途徑之一[2-5]。

因兩金屬在熱導率、線膨脹系數相差較大(表1)，焊接過程中極易產生溫度不均和膨脹不一致，導致焊后接頭存在較大的殘余應力，極易產生焊接裂紋等缺陷；鋼的熔點1538 ℃，鋁的熔點660 ℃，較大的熔點差使鋁鋼焊接時當鋁完全熔化時鋼很可能仍處于固態，加上鋁鋼的密度差為2.9倍，焊縫難以有效熔合、且存在成分不均勻現象；由(圖1)Fe-Al二元相圖可知，鐵鋁幾乎不互溶(在 225 ～ 600 ℃，鐵在鋁中的固溶極限為0.01%-0.022%)，在焊接熔池冷卻過程中隨著鐵的含量增加，會形成 Fe2Al7、FeAl3、Fe2Al5、FeAl2、FeAl等一系列脆硬的金屬化合物，嚴重影響焊接接頭力學性能。

表1 鋁/鋼的物理參數

圖1 Fe-Al二元相圖

近幾年來，國內外研究者對鋁鋼焊接問題的研究幾乎涉及焊接各個領域，根據焊接外加能量種類不同和工藝特點差異，可將鋁鋼焊接分為熔釬焊、壓焊和釬焊。本文重點研究論述熔釬焊、壓焊和釬焊方法在鋁鋼異種金屬焊接中研究現狀，歸納分析不同焊接方法方法的特點及應用，為后續鋁鋼焊接研究提供理論參考。……