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1、本科毕业论文（设计）论文题目：钢/铝异种金属焊接研究进展摘要近年来，随着航空航天、汽车制造等行业的快速发展，单一金属已不能满足这些行业对金属性能的的要求。钢具有很高的强度、优良的加工性以及价格便宜的特点，而铝合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀的特点，国内外研究人员将这两种金属焊接在一起，获得具有这两种金属力学性能的金属材料。本文首先对钢铝异种金属的研究背景与意义进行了了解，对低合金高强钢和铝的焊接性、焊接工艺措施及钢铝异种金属焊接的难点进行了分析。介绍了铝异种金属常用的焊接方法，指出了它们在焊接过程中各自的优势以及存在的问题，对国内外研究人员用不同的焊接方法焊接钢铝异种金属时所取得的研究进展进行
2、了综述，并对钢铝异种金属的焊接进行了展望。关键词：铝；钢；焊接方法；表观形貌论文类型：理论研究AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofaerospace,automobilemanufacturingandotherindustries,asinglemetalhasbeenunabletomeettherequirementsoftheseindustriesonmetalproperties.Steelhasthecharacteristicsofhighstrength,excellentworkabilityandcheappric
3、e,andaluminumalloyhasthecharacteristicsofhighspecificstrength,lightweight,corrosionresistance,researchersathomeandabroadweldedthesetwometalstogethertoobtainmetalmaterialswithmechanicalpropertiesofthesetwometalst.Inthispaper,thebackgroundandsignificanceoftheresearchofsteelandaluminumdissimilarmetalsa
4、reunderstood,andtheweldability,weldingprocessmeasuresanddifficultiesofweldingofsteelandaluminumdissimilarmetalsareanalyzed.Thispaperintroducesthecommonweldingmethodsofaluminumdissimilarmetals,pointsouttheirrespectiveadvantagesandexistingproblemsintheweldingprocess,summarizestheresearchprogressmadeby
5、domesticandforeignresearcherswhenweldingsteelaluminumdissimilarmetalsbydifferentweldingmethods,andgivesaprospectfortheweldingofsteelaluminumdissimilarmetals.Keywords:Steel;Aluminum;WeldingMethod;ApparentMorphologyThesistype:Theoreticalresearch目录摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。目录IV1绪论11.1 研究背景及意义11.2 钢/铝
6、异种金属焊接的难点11.3 研究内容错误!未定义书签。2钢/铝异种金属的焊接方法及焊接研究进展32.1激光焊31.1 .1激光焊原理31.2 .2钢/铝异种金属激光焊的研究进展错误!未定义书签。2.2搅拌摩擦焊112.2.1搅拌摩擦焊原理112.2.2钢/铝异种金属搅拌摩擦焊的研究进展122.3冷金属过渡焊162. 3.1冷金属过渡焊原理163. 3.2钢/铝异种金属冷金属过渡焊的研究进展172. 4本章小结183钢/铝异种金属焊接的应用202.1 钢/铝异种金属焊接的应用203. 2钢/铝异种金属焊接的展望20结语22参考文献23致谢251绪论1.1 研究背景及意义近年来，随着科学技术的日益
7、进步，人们通过降低生产成本获得了更好的经济效益，但是随着汽车工业的迅速发展，在便利了人们出行的同时，也导致了能源消耗的大大增加，汽车尾气的超标排放以及环境的严重污染。人们也逐渐意识到了减轻汽车自重对保护环境的重要性，从而开始了对汽车轻量化这一领域的研究。铝合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀的特点，使用铝合金来代替汽车车身的某些钢部件，可以在不影响汽车的使用性能的情况下能有效地降低车身重量。钢作为工业上应用最为普遍的金属材料，具有更高的强度、更优良的加性能以及较低的成本，在某些结构件中扮演着重要的作用，是铝及铝合金无法完全替代的。为了同时兼具钢的强度和铝的轻质、耐腐的优点，从而解决单一金属不能满足
8、多种金属优质性能的问题，国内外研究人员将钢和铝进行了焊接,这样既获得铝及铝合金质量更轻、更耐腐蚀优点的同时，又兼具了钢强度更高、成本更低的优势。因此，研究钢铝异种金属的焊接具有十分重要的现实意义。1.2 钢/铝异种金属焊接的难点钢铝异种金属焊接存在许多焊接技术上的难点，用常规焊接方法焊接，焊接接头脆性大，易出现大量裂纹，应力集中严重田。Fe和Al元素的物理性能相差很大，如表1.1所示。在熔点方面，Fe的熔点为Al的2.3倍多，所以用传统的熔化焊焊接时，它们熔合不均匀。在密度上，Fe和Al的密度相差很大，Fe的密度将近是AI的3倍，在形成熔池后液态铝会浮在上面，而液态钢会沉下去，对熔池里的合金元
9、素的均匀分布十分不利，导致焊接接头性能的恶化。而在线膨胀系数和热导率方面，Al的线膨胀系数快接近Fe的线性膨胀系数的2倍，导热率更是达到Fe的3倍还多，因此，在焊接后会产生很大的热应力和残余应力，在冷却凝固后极易产生大量裂纹，导致焊接接头的强度降低，力学性能下降。Fe在Al中的固溶度较低，焊接熔池冷却过程中会生成Fe-AI脆性金属化合物叫铁与铝发生化学反应时有FeAl、FeAl2、FeAb和Fe2Al5等硬脆性金属间化合物的生成,导致焊接接头的塑韧性下降甚至出现裂纹,大大降低接头的力学性能。表1.1铁和铝的物理性能对比元素密度(gcm3)熔点m0c比热容c(Jkg,K,)热导率线膨胀系数10-
10、6K,弹性模量EZGPa/(Wm,K-,)Fe7.87153748266.711.7671Al2.766093520723.82101.3研究内容（1）本文对钢铝异种金属的研究背景及意义做了介绍，并对钢铝异种金属焊接时存在的难点进行了分析，将在第一章呈现。（2）本文对激光焊、搅拌摩擦焊、冷金属过渡焊的焊接原理及优缺点进行了介绍，从激光功率、焊接速度、合金元素这三个方面对钢铝异种金属激光焊接接头表观形貌的影响进行了分析；从搅拌头转速、搅拌头的偏移量以及焊丝的厚度三方面对搅拌摩擦焊焊接接头的表观形貌的影响做了分析；从热输入、焊枪偏移距离、焊接速度三个方面对冷金属过渡焊焊接接头的表观形貌的影响做了研
11、究，将在第二章呈现。（3）本文对钢铝异种金属焊接在各个领域的应用做了介绍，并对钢铝异种金属焊接今后的发展做了展望，将在第三章呈现。2钢/铝异种金属的焊接方法及焊接研究进展2.1 激光焊2.1.1 激光焊原理激光焊接技术是21世纪以来异种金属焊接的最常用焊接方法之一网,广泛应用于汽车、电子、冶金等领域，其焊接原理是采用高能量密度的激光束作为热源，作用于待焊接金属母材的表面，金属母材不断吸收能量产生热量，并由表面向内部传导扩散，使材料熔化，当激光关闭时，材料会立刻冷却结晶，完成焊接。根据焊接时激光能量密度的不同，分为激光热传导焊和激光深熔焊(如图2.1),能量密度在10i()6wcm2之间为热传导
12、焊接，此时焊接母材吸收激光能量达到熔点，焊接母材熔化但不足以使其发生气化,待冷却凝固后形成焊缝，这种焊接方式的特点产生的熔池较浅，焊缝较窄，常常应用于薄板件的焊接。当能量密度I(AK)7wcm?之间为激光深熔焊，此时焊接母材迅速升温熔化产生熔池并在快速内达到沸点，熔池表面材料气化产生金属蒸气，与熔池液体金属相互作用，使熔池内部形成类似钥匙形状的小孔，通常被我们成为匙孔，因此激光深熔焊又被称为匙孔焊，匙孔的产生增加了熔池内部材料与激光的相互作用，所以深熔焊相比热传导焊激光能量利用率大大提高，能在材料内部形成更大的熔深，且热影响区小，常被应用于较厚金属板材的焊接，也是钢铝异种金属焊接的常用焊接方法
13、之一网。（八）激光热传导(b)激光深熔焊图2.1激光焊接原理示意图激光焊接异种金属时，能量密度高、热影响区窄、焊缝深宽比大，且焊缝成形良好、焊缝连续、焊接缺陷少，但激光焊接对焊件装配精度高要求高，激光的能量利用率低,焊接设备成本高。2.1.2 钢/铝异种金属激光焊的研究进展（1）激光功率对焊缝成形的影响激光功率是影响钢铝焊接效果的主要工艺参数之一，固定其他工艺参数，随着激光功率的增大，输入钢铝母材的激光能量密度不断增加，即热输入不断提高。当激光功率功率过低时，焊接母材吸收的激光能量较低，温度达不到母材气化温度，深熔焊的匙孔难以形成，且热量难以传递至下侧铝母材表面，钢铝母材很难融合，容易出现未焊
14、透的现象。当激光功率过高时，液态金属产生飞溅，焊缝表面会呈现过渡烧蚀、孔洞及裂纹等缺陷，容易出现下侧铝母材被焊穿现象。罗兵兵等人【划在研究工艺参数对钢铝激光搭接焊接头质量的影响时，做了激光功率对焊缝成形影响的实验。发现激光功率对焊缝表观形貌有较大影响（图2.2）,当激光功率较小（700W、800W、900W）时，无明显飞溅、裂纹等缺陷，焊缝成形美观，当激光功率达到100OW时，有飞溅产生且焊缝不均匀，焊缝成形较差（图2.2左）；从图2.2右可看出，激光功率为70OW时，未出现明显背痕，说明钢铝未能很好融合，焊接效果一般，但随着激光功率的增大，熔透痕迹逐渐清晰，母材被焊透而未被焊穿，焊缝成形较好
15、。三7而而而而而7三I三1IMlHlw山山川IlHIHlll巾“Illll（八）P=700WIiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiX*(b)P=800W(c)P=900WIiMiiiHiiiiiiiiiiiiimiiIIiUimmBi（d）P=I000W图2.2不同激光功率下的焊缝表观形貌【刈（左边为正面，右边为背面）单晨等人在研究用稀土合金元素粉末改善钢铝激光焊接接头性能时，做了激光功率对焊缝成形影响的实验。发现激光功率对焊缝表观形貌会产生较大影响（图2.3）,激光功率为40OW时，焊缝颜色为蓝色，整体呈凸起状，并且焊件背面铝母材未出现背痕，钢铝没
16、有很好地熔合未成功焊接；激光功率为425W时，焊缝整体颜色偏白色和金黄色，母材受热相对较好，焊缝未凸起，并且在铝合金母材背部有轻微背痕，总体焊接效果较好；激光功率为450W时，焊缝表面整体颜色为黑色，母材表面过渡烧蚀，铝合金背部出现部分焊穿现象，焊接效果较差。(b)400W焊缝宏观形貌图(d)425W焊缝宏观形貌图(c)425W焊缝表面显微放大图(e)450W焊缝表面显微放大图(f)450W焊缝宏观形貌图图2.3不同激光功率的焊缝表观形貌1划王晓虹等人冲在研究钢/铝异种金属激光焊焊接头界面特性时，采用“钢上铝下”的方法，做了激光功率对焊缝成形的影响实验。发现激光功率对焊缝表观形貌会产生较大影响
17、(图2.4),当激光功率为0.8IkW时，由于热输入较低，只有上层钢板熔化，未实现钢与铝合金的冶金结合。当激光功率为0.82kW或0.83kW时，焊缝表面无塌陷、飞5溅等缺陷，焊缝成形较好。当激光功率达到0.84kW时，焊缝表面出现塌陷、飞溅等缺陷,焊缝成形差。（八）P=0.81kW(b)P=O.82kW(c)P=O.83kW20mm(d)P=0.84kW图2.4不同激光功率的焊缝表观形貌112)严佑锐凌网在研究凌激光摆动模式对钢/铝异种金属焊接接头组织性能的影响时，做了激光功率对焊缝成形的影响实验。发现激光功率对焊缝表观形貌有较大影响(图2.5),当激光功率较低(800W)时，焊缝较窄，表面
18、不平。当激光功率为900W时，焊缝宽度增加，有少量飞溅产生，焊缝表面较为平整。当激光功率为100oW时，焊缝的尺寸均匀，表面成形性较好。当激光功率达到IlOOW时，焊缝宽度不均匀，表面不平，出现塌陷。随着激光功率从800W增加到100OW时，焊缝的表面形貌愈发平整美观，但当激光频率继续增加到1100W,焊缝表面则会因为热输入量过大而产生缺陷。（八）800W(b)900W(C)100OW(d)1100W图2.5不同激光功率的焊缝表观形貌(2)焊接速度对焊缝成形的影响焊接速度是影响焊缝成型质量的重要因素，通常在激光深熔焊时，焊接速度越低，匙孔的熔深和熔宽越大。当焊接速度太低，钢铝母材受热过高导致过
19、度熔化，出现焊穿情况，并且激光作用时间较长，热影响区也会相应的增大。反之焊接速度太高，匙孔内金属蒸气以及其他杂质气体在熔池冷却凝固时不能及时排除，会导致焊缝内部存在大量的孔洞缺陷，甚至出现裂纹，所以焊接时应该着重控制焊接速度。罗兵兵等人制在研究焊接速度对钢铝异种金属激光焊搭接接头质量的影响时，做了焊接速度对焊缝成形的影响实验。当焊接速度逐渐增大时，焊缝宽度逐渐变窄(图2.6左)。当焊接速度为0.04ms时，母材被焊穿，随着焊接速度的增大，母材被焊透而未被焊穿，焊缝成形逐渐变好，但当焊接速度达到0.09ms时，背部未出现明显背痕，钢铝未能很好融合，焊接效果一般(图2.6右)。卜_.二二T一一，二
20、IlllirillllllllllllllllllllillllllllllirilllllIIHIinm（八）v=0.04m/sIiiiiiiiiitiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiIiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiniiiinfiiiii(b)v=O.O5m/sIHllIl川IilIHIlIIlIlIllIl川川川IHl川IIIMIlHHwIIlI川IIiHHHHHHwH川Illl(c)v=0.06m/snil而前而而而而而MflIiiiiiihiiihiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiw(d)v=0.0
21、7m/sIFllinilllllllllllllllllllllillllIinniniII11U1IHU111IIII1I1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII(e)v=0.08m/sIiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiuhihihii111hhkiihi11h11n（f）v=0.09m/s图2.6不同焊接速度下的焊接接头表观形貌（左边为正面，右边为背面）单晨等人在做用稀土合金元素粉末改善钢铝激光焊接接头性能的研究时，做了焊接速度对焊缝成形的影响实验。发现焊接速度对焊缝表观形貌产生较大影响（图2.7）,焊接速度在8mms
22、时，焊缝表面多半呈黑色，热影响区较大。由于热量过高背部铝合金母材大部分被焊穿，焊接效果很差；当焊接速度为IOmm/s时，焊缝平整，未出现孔洞和过渡烧蚀现象，且热影响区较小，焊缝美观；当焊接速度达到12mms时，焊缝表面凸起，焊缝颜色多半为蓝色，是热输入不足温度过低所致，且存在孔洞。背部铝合金未出现明显背痕，钢铝未能很好融合，焊接效果一般。（八）8mms焊缝表面显微放大图(b)8mms焊缝宏观形貌图(c)IOmm/s焊缝表面显微放大图(d)10mms焊缝宏观形貌图(e)12mms焊缝表面显微放大图(f)12mms焊缝宏观形貌图图2.7不同焊接速度下的焊缝表观形貌【划崔丽等人闾在研究焊接速度对钢铝
23、异种金属激光深熔焊接头特性的影响时，做了焊接速度对焊缝成形的影响实验。发现焊接速度对焊缝表观形貌产生较大影响，由焊缝表面形貌图(图2.8)可以看出：焊缝表面有少量飞溅，但在焊接速度不断加大的过程中，可以发现，飞溅逐渐减少，焊缝表面变得更加均匀、光滑；在焊接速度为3.3m/min时,焊缝表面成形最好。（八）v=2.4mmin(b)v=2.7mmin（c）v=3.0mmin（d）v=3.3mmin图2.8不同焊接速度下的焊缝表观形貌【均（3）合金元素对焊缝成形的影响添加合金元素可改善钢铝焊接接头的表面质量，周惦武等人园在研究铝/钢表面预置粉末对激光焊焊接头的组织与性能的影响时.，对铝合金和双相钢（
24、铝上钢下）采用搭接的焊接方式做了激光焊接实验。在未添加粉末时，下层钢板被焊穿，焊缝成形差（图2.9a）；当铝表面预置AlSii2Mgi15粉时，焊缝成形有所改善，但有少量飞溅产生，下层钢板被焊穿（图2.9b）；当铝表面预置AISil2Mg5粉、同时钢铝层间预置Sn粉时，焊缝表面无明显飞溅、裂纹等缺陷的产生，焊缝成形良好（图2.9c）。图2.9不同焊接工艺条件下钢铝焊缝表观形貌口6）余淑荣等人Q】在研究铝合金5AO2不等厚板的CO2激光填粉拼焊时，对铝合金不等厚度薄板进行激光焊接试验。在不添加粉末时，焊接过程不稳定，易产生飞溅、焊穿等缺陷（图2.10a）；而在添加粉末后，焊接过程变得平稳，焊缝成
25、形较好，无明显缺陷（图2.10b）o（八）未添加粉末的焊缝表面（b）添加粉末的焊缝表面图2.10未填加粉末和填加粉末时的焊缝表观形貌M2.2搅拌摩擦焊2.2.1搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊（FSW）是利用硬质搅拌头的旋转，使被焊金属产生摩擦热，同时受到挤压，使连接部位处于塑性软化状态，随着搅拌头的移动，在挤压和摩擦热的作用下,形成金属间的结合，实现材料的连接口叫其工作原理如图2.11所示。加足够的下压力保持与工件接政图2.11搅拌摩擦焊原理示意图【网搅拌摩擦焊在焊接时的焊接变形小，焊接精度高，在焊接过程中无气孔、夹渣等缺陷的产生口叫目前，搅拌摩擦焊已用于同种有色金属的连接、部分低碳钢的连接以及异种
26、合金间的连接no】。搅拌摩擦焊接除了以上优点外，同时也存在着自身的局限性：对焊件的装夹精度要求高、设备的灵活性较差、焊接速度较慢、不适合在外作业等。2.2.2钢/铝异种金属搅拌摩擦焊的研究进展（1）搅拌头转速对焊缝成形的影响搅拌头的转速是通过控制搅拌摩擦接过程中的热输入量来对接头性能产生影响的。徐海升等人做了搅拌头转速对焊缝宏观成型性的影响实验，当搅拌头转速较低（800rmi11s1OOOrZmin）时，有沟槽和飞边等缺陷的产生（图2.12ab）;当搅拌头转速增大到1200rmin时，焊缝表面质量较好，无沟槽等缺陷（图2.12）。（八）n=800rmin(b)n=100OrZmin（c）n=1
27、200rmin图2.12不同搅拌头转速时的焊缝表面宏观形貌钟万亮做了搅拌头转速对焊缝宏观成型性的影响实验，当搅拌头转速较小（15OrPm）时，焊缝表面有犁沟的生成（图2.13a）o当搅拌头转速为20OrPm或250rpm时，焊缝表面形貌较好，均无明显缺陷（图2.13be）。旋转速度为36OrPm时，接头表面明显过热，起皮现象严重（图2.13d）。（八）150rpm(b)200rpm(c)250rpm(d)360rpm图2.13不同搅拌头转速时的焊缝表面宏观形貌莫淑娴网做了搅拌头转速对焊缝宏观成型性的影响实验，当搅拌头转速为600r/min时，毛刺和飞边也相对较少，焊缝成型性较好(图2.14a)
28、o随着转速的逐渐增大(700r/min、800r/min),飞边和毛刺逐渐变得明显(图2.14bc)（八）600r/min(b)700r/min(c)800r/min图2.14不同转速下接头宏观形貌3】(2)搅拌头的偏移量对焊缝成形的影响搅拌头的偏移量对界面的形成起重要作用，偏移量过小，界面底部难以形成有效的冶金结合，偏移量过大，容易造成热输入过大，从而形成界面裂纹等缺陷。钟万亮做了不同偏移量对对接接头焊缝表面的影响实验，可以发现，在偏移量不同条件下，接头表面形貌完整、无明显缺陷(图2.15)。当偏移量为0.6mm和0.7mm时，接头表面形貌特征类似，焊缝表面出现较多毛刺，表面较为粗糙，钢侧出
29、现发蓝现象。当偏移量增大到09mm时，飞边少量堆积到钢侧前端，且钢侧发蓝现象更严重。（八）0.6mm(b)0.7mm（c）0.9mm图2.15不同偏移量下的接头表面形貌22】钟万亮做了不同偏移量对对接接头焊缝表面的影响实验，观察可知，在不同偏移量条件下，接头表面形貌除少量飞边及毛刺外，其他特征均表现为良好（图2.16）焊缝表面弧形纹间距变化不大，随着偏移量从0.5mm增到至0.8mm,焊缝表面变得越来越粗糙。（八）0.5mm(b)0.6mmm;（c）0.8mm图2.16不同偏移量下的表面形貌【22）莫淑娴网在做6061铝合金及Q235A钢平板对接实验时，研究了不同偏移量对铝/钢异种金属焊缝成型
30、的影响。当偏移量为02mm时，焊缝表面出现少量毛刺（图2.17a）;偏移量为04mm时，焊缝表面较光滑平整（图2.17b）;当偏移量增加到0.6mm时焊缝表面出现明显的沟槽，铝侧飞边严重（图2.17c）。(b)0.4mm(c)0.6mm图2.17不同偏移量下接头宏观形貌图RR（3）焊丝厚度对焊接接头影响规律钟万亮做了不同焊丝厚度下对接接头焊缝表面的影响实验，发现在不同焊丝厚度条件下，接头表面成型没有明显的缺陷，匙孔成型完整，无明显孔洞。当焊丝厚度为Omm时，即未添加焊丝，焊缝表面的钢侧出现大量毛刺，铝与钢出现明显的分界线（图2.18a）。当焊丝厚度为o.5mm时，焊缝表面的钢侧和铝合金侧都有较
31、多的毛刺，钢侧出现少量飞边（图2.18b）。增加焊丝厚度为Imm时，焊缝表面毛刺减少，主要出现在钢侧起始段，但飞边明显增多，集中在钢侧（图2.18c）o焊丝厚度为1.3mm时，少量毛刺出现在钢侧，但飞边最多，集中出现在钢侧（图2.18d）0（八）Omm(b)0.5mm（c）1.Omm（d）1.3mm图2.18不同焊丝厚度下的表面形貌李默阳如做了不同焊丝厚度下对接接头焊缝表面的影响实验，焊丝厚度d为Omm时，焊缝直接开裂，焊缝表面十分光滑，钢侧焊缝明显较窄，焊缝内部出现了隧道性孔洞，匙孔处有明显的缺口（图2.19a）。焊丝厚度d为0.5mm时，焊缝表面成型明显改善，焊缝美观，匙孔完整，无飞边，仅
32、有少量毛刺（图2.19b）。当焊丝厚度d为1.omm时，焊缝表面毛刺较多，同时，铝/钢界线模糊、弯曲（图2.19c）。当焊丝厚度d为1.5mm时，铝侧表面毛刺较多，钢侧出现大量飞边(图2.19d)(b)焊丝d=lmm(d)焊丝d=1.5mm图2.19不同焊丝厚度d下焊缝表面形貌124)2.3冷金属过渡焊2.3.1冷金属过渡焊原理传统的熔化极气体保护焊在焊接时，在熔滴进入熔池完成过渡时，过大的热输入会导致熔滴过渡非常激烈，并伴有大量的飞溅，后来，冷金属过渡(CMT)焊的出现解决了上述问题3)。冷金属过渡焊的熔滴过渡过程如图2.20所示。熔滴过渡过程如下:焊丝靠近母材时,电弧被引燃，母材和焊丝开始
33、熔化，送丝系统向前输送焊丝。当熔滴接触熔池时，焊接电流立即减小，焊枪枪头内部的双向送丝马达的运动方向会发生改变，焊丝就向着相反的方向回拉，熔滴就会脱离焊丝进入熔池，一个周期的熔滴过渡就到此完成Rs%图2.20冷金属过渡焊接熔滴过渡过程【25】冷金属过渡焊接熔滴过渡方式温和、焊接热输入低，焊接时几乎无飞溅，常用于薄板焊接和铝合金的焊接。2.3.2钢/铝异种金属冷金属过渡焊的研究进展(1)热输入对焊缝成形的影响焦国力等人29做了热输入对7075高强铝合金/镀锌钢板冷金属过渡熔钎焊焊接接头宏观形貌的影响实验。发现热输入较小时，焊缝较窄，且不均匀（图2.21ab）;当热输入为87.94Jmm时，焊缝表
34、面成型良好（图2.21c）；当焊接热输入达到219.98Jmm时,焊缝较宽，且不均匀（图2.21d）.（八）55.59Jmm(b)69.64Jmm(c)87.94Jmm（d）219.98Jmm图2.21不同热输入下焊缝的宏观形貌【29】（2）焊枪偏移距离对焊缝成形的影响约？内/fpV”K夕，325mm余刚等人【3。】在研究不同工艺参数对冷金属过渡焊接头形貌的影响时，做了以下实验。实验结果表明：在其它条件不变时，当焊枪的偏移距离为Omm时，接头形貌较好。随着焊枪偏离距离的增大到2mm时，接头形貌和焊接的效果变差，如图2.22所示。钢板（八）偏离距离为Omm时的焊缝表面成形(b)偏离距离为2mm时
35、的焊缝表面成形图2.22不同偏移距离下焊缝的表面宏观形貌13。)(3)焊接速度对焊缝成形的影响冀晴等人在研究基于SYSWE1.D的铝钢薄板CMT焊接温度场数值模拟时，做了焊接速度对焊缝表观形貌的影响实验，发现在两种焊接速度下，焊缝表面成形均比较良好，基本无飞溅产生(图2.23)o但随着焊接速度的减小，即单位体积内焊缝金属填充量增加，焊接线能量增大，焊缝熔宽变大，因此，0.56mmin的焊接速度能够较好地满足铝钢薄板的焊接要求。（八）0.78mmin(b)0.56mmin图2.23不同焊接速度下的焊缝形貌RI2.4本章小结激光焊具有高能量密度、窄热影响区、大焊缝深宽比、小焊接变形的优势，其焊缝成
36、形良好、焊缝连续、焊接缺陷少，在钢铝异种金属的焊接中优势明显，但激光焊接对焊件装配精度高要求高，激光的能量利用率低，焊接设备成本高。搅拌摩擦焊虽然焊接精度高，且由于母材不熔化可以避免气孔、夹渣等冶金缺陷的产生，但在施焊时需要特殊的夹具，因而设备的灵活性较差且焊接速度不高，效率慢。冷金属过渡焊虽然熔滴过渡温和，且焊接过程几乎无飞溅，但其焊接成本较高。3钢/铝异种金属焊接的应用与展望3.1 钢/铝异种金属焊接的应用1 .汽车制造领域：由于铝合金构件具有良好的耐蚀性和材质轻等特点，广泛应用于车身结构中；而车辆制动系统如刹车盘、制动卡钳等需要使用钢制材料。因此，常用钢铝材料结合材料来制造满足特定使用性
37、能的汽车结构。2 .航空航天领域：在航空航天领域中，由于需要具备轻量化的特点，航空器结构中大量采用了铝等轻质材料。在机身的重要部分如机翼、落地装置等需要具备较高的强度,因此，需要在铝结构中嵌入一定数量的钢制件。常采用钾钉和焊接方式将两种材料连接在一起，从而实现航空器的轻量化和强度的提升。3 .建筑领域：铝合金门窗及幕墙等建筑材料广泛应用于建筑领域中，钢材常用于梁柱等承重结构的制作中，但有些场景需要在钢结构中添加铝制构件来提高防腐蚀能力以及减轻结构重量。领域中，钢和铝的组合应用广泛，如楼梯扶手、窗帘墙等。4 .电子电器领域：电子产品中，钢和铝的组合应用也较为普遍，如笔记本电脑、手机等为了满足顾客
38、的需求需要在尺寸上越来越薄且更加轻便。总之，钢和铝异种材料的连接在各个领域都有广泛的应用，以满足各种设计要求。3.2钢/铝异种金属焊接的展望随着国内外学者对钢铝异种金属焊接技术的不断研究，钢铝异种金属的焊接技术取得了很大的进步。实际生产过程中，在进行焊接钢铝异种金属时，应根据各自焊接方法的特点，选择合适的焊接方法。对钢铝异种金属的展望需要从钢铝异种金属的焊接方法入手，因为钢铝异种金属的焊接方法的进步，是钢铝异种金属焊接技术更加广泛应用的的前提。采用激光焊接方法焊接钢铝异种金属时，虽然有着能量密度高、热影响区窄等诸多优点，但激光焊接也存在着对焊件装配精度高要求高、激光的能量利用率低以及焊接设备成
39、本高等局限。因此，需要在提高装配精度、加大能量利用率及降低激光焊接设备成本等方面加大研究力度，使激光焊接技术的发展更进一步，从而更好地应用于钢铝异种金属的焊接及其它焊接领域。搅拌摩擦焊具有焊接变形小，焊接精度高等优点，使得它在异种金属的焊接方面有着独特的优势，但由于它自身存在的对焊件的装夹精度要求高、设备的灵活性较差、焊接速度较慢等缺陷，在很大程度上限制了它的应用，因此，今后需要从提高装夹精度、设备的灵活性以及加快搅拌摩擦焊的速度等方面入手，使搅拌摩擦焊在进行异种金属的焊接时，具有更大的优势。冷金属过渡焊接具有焊接热输入低，焊接时几乎无飞溅等优点，多用于铝合金焊接领域，但它在重要结构件的焊接方
40、面不适用，因此，需要与其它工艺的复合来解决这一问题，并且其焊接成本高，需要在降低使用成本方面加大研究，使得它在钢铝异种金属焊接时有更大的竞争力度。本文对钢铝异种金属焊接的各种常见焊接方法进行了简单介绍，总结了它们在焊接过程中的优势以及会出现的各种问题。搅拌摩擦焊在焊缝靠近前进边的位置会形成表面沟槽，且在焊缝的外边缘会出现飞边毛刺，可采取优化焊接参数，选择合适的焊接工艺参数来减少这种焊接缺陷的形成。冷金属过渡焊设备比较昂贵，操作系统相对复杂，对零件装配要求更加严格，需要在降低成本和简化操作系统方面上加大研究力度。激光焊在钢铝异种金属的焊接中优势明显，但在焊接过程中产生的Fe-AI脆性金属化合物，
41、会导致激光焊接接头力学性能下降。可通过优化焊接工艺和添加合金元素两个方面，可以减少脆性金属间化合物层的生成，获得优质焊接接头。参考文献1郑森.AlFeAl/Cu焊接接头形成机理D.南昌:南昌航空大学,2016.2单晨，龙芋宏，赵要武，等.钢铝异种金属激光焊接接头力学性能的研究进展J.热加工工艺,2022,51(19)-0001-06.3雷振，秦国梁，林尚扬，等.铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况U1.焊接，2006(4)：16-20.4RathodMJ,KutsunaM.JoiningofaluminumAlloy5052andlow-carbonsteelbylaserrollwelding
42、J.WeldingJournal,2004,83(1):16-20.5王曼，于治水，张培磊，等.铝钢激光焊接研究现状J,热加工工艺，2017,46(23):16-26.6TienhovenJV,PathirajB,MeijerJ.1.aserJoiningofSteel-AluminumJointsinTConfigurationJ.ProcofIcaleoArizonaUSa,2006.7周来沁.钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究D.长沙：湖南大学，2018.8王晓虹.钢/铝异种金属激光焊接头界面特性的研究D.长春：吉林大学，2016.9陈从胜.铝/钢激光焊接头组织、力学性能
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