铝钢异种金属焊接

1、铝/钢异种材料的焊接郜庆伟2018/5/2目录1、异种材料焊接研究背景2、异种材料焊接难点3、钢与铝及铝合金的焊接1、异种材料焊接研究背景采用异种材料制造的焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质提出的不同要求，而且可以节约大量的贵重金属材料，降低成本，发挥不同材料的性能优势。异种材料焊接结构在机械、化工、电力及核工业等得到广泛的应用，异种材料的焊接也越来越受到重视。2、异种材料焊接难点1）、异种材料的线膨胀系数不同，容易产生热应力，而且这种热应力不易消除，结果会使接头处产生裂纹或大的焊接变形。2）、异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化以及新生成的物相结构或化合物，可使焊接接头的性能恶化，给焊

2、接带来困难。3）、异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差，特别是塑性和韧性明显下降。4）、由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接熔合区和热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。3、钢与铝及铝合金的焊接由于铝及铝合金的密度小、比强度高、具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，因此，近年来采用铝-钢双金属焊接结构的产品越来越多，并在航空、造船、石油化工、原子能和车辆制造工业中显示出独特的优势和良好的经济效益。3、1 焊接性分析铝和铁的物理性能相差很大，焊接过程中铝与钢的接头处会产生很大的热应力，增加裂纹倾向。铝相对密度2.70，弹性模量70Gpa，泊松比0.

3、33。熔点660。沸点2327。铸铁相对密度为6.67.7，铸钢弹性模量172202Gpa，泊松比0.3，铁熔点1538、沸点2750。如图所示，钢与铝及其合金焊接时，Fe在固态Al中的溶解度极小，室温下，Fe几乎不溶于Al，所以冷却过程中会产生FeAl3，并且随着Fe含量的增加，还会出现Fe2Al、 Fe2Al7、 Fe2Al5、 FeAl2等脆性金属间化合物，降低接头的塑韧性，甚至会引起焊接裂纹。因此，铝合金的力学性能和焊接性受含铁量的影响较大。3、2 焊接工艺要点（1）、焊接方法和焊接材料钢与铝及其合金熔焊一般采用氩弧焊、电子束焊等方法。此外，采用摩擦焊、超声波焊、扩散焊和冷压焊等方法，

4、也可以得到良好的接头。但采用压焊方法，焊件的形状收到一定的限制。钢与铝及其合金氩弧焊时，焊丝的选择对接头的强度有很大的影响。选择含少量硅的纯铝焊丝作为填充材料，可以形成优质的焊接接头，抗拉强度和疲劳强度可达到铝母材水平。铝与钢的焊接不宜使用Al-Mg合金焊丝，因为镁不溶于铁，镁与铁的结合力很弱，而且镁还强烈促进脆性化合物的形成和增长，这都会降低接头的强度性能。（2）焊前准备焊前必须彻底清理待焊工件表面，消除氧化物薄膜。对铝件的表面处理可以用15%20%NaOH或KOH溶液侵蚀，侵蚀后用清水冲洗，然后在20%的HNO3水溶液中钝化，冲洗和干燥之后，放在干净的环境中待焊。为了得到优质的钢与铝焊接接

5、头，避免中间脆性化合物的形成，氩弧焊时可在钢表面涂敷Zn、Sn、Ag金属过渡层。有些情况下只有一层涂敷金属层还不足以消除钢与铝焊接时产生的脆性化合物，这时需要涂敷Cu(Ag)+Zn复合过渡层，即在涂敷Zn层之前先涂敷一层Cu或Ag等金属。由于焊丝的熔点高于Zn的熔点，焊接加热时Zn层先熔化，漂浮在液体表面上，而Al在Zn层下与Cu或Ag层发生反应，同时Cu或Ag溶解于铝中，可以形成结合良好的焊接接头，接头强度提高到147176MPa。（3）焊接工艺及参数钢与铝及其合金氩弧焊时，电弧要指向铝及其合金一侧的焊丝上，以减少和防止Zn过渡层过多或过早的被熔化。尤其是在 焊第一层焊缝时，更要注意涂敷层不

6、能过多或过早的烧损，必须使电弧指向填充焊丝上，以防止电弧直接熔化Zn过渡层为了避免中间脆性化合物层的形成，必须提高焊接速度，但焊接速度太快时会产生未焊透和其他的焊接缺陷，如气孔、熔合不良、夹渣等。采用摩擦焊时，为防止产生脆性化合物，应尽量缩短接头的加热时间并施加较大的挤压力，以便将可能形成的化合物或低熔点共晶挤出接头区。但加热时间不能过短，以免塑性变形量不足而不能形成完全结合的焊缝。采用冷压焊焊接钢与铝及其合金，有两种焊接工艺：一种是在Al+Al3Fe的共晶温度以上焊接；另一种是先在钢件上涂敷Cu、Ag或Zn，然后再进行冷压焊。采用第一种工艺时，加热温度可控制在654660，这时铝还处于固态下，而共晶体已成为液态。采用第二种工艺时，先在钢件上涂敷铜，然后在6546