鋁鋼異種金屬材料的激光焊接技術(shù)

鋁及鋁合金具有強度高、成形性好、耐腐蝕性好、質(zhì)量輕等特點，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域。鋼具有力學(xué)性能優(yōu)良、成本低等特點，也廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。將低密度的鋁及鋁合金材料應(yīng)用在汽車零部件上可以減輕汽車質(zhì)量和和減少燃料消耗、有害氣體排放。因此，涉及到鋁與鋼結(jié)構(gòu)之間的連接，而鋁和鋼之間存在熱物理和化學(xué)性能差異，不便于采用傳統(tǒng)焊接技術(shù)。近年來，汽車制造廠已采用多種方法進行鋁與鋼結(jié)構(gòu)的焊接，如摩擦焊接、電阻焊接和超聲波焊接等只適用于焊接某些類型接頭，限制了焊接應(yīng)用范圍；真空釬焊、爐中釬焊可用于各種類型接頭的焊接，但是焊接接頭強度有限；鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、電子束焊接、激光焊接可以焊接任意形狀接頭，且焊接接頭強度高，這4種焊接方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。其中，激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)小、變形小、熱輸入控制準(zhǔn)確、自動化程度高等優(yōu)點，同時還可以有效地控制Fe-Al金屬間化合物的成核和生長，從而極大提高焊接接頭性能。因此，對鋁和鋼的激光焊接技術(shù)進行了研究。

雖然激光焊接有較大優(yōu)勢，但是焊接接頭依然存在缺陷。由于鋁的熔化溫度為660℃，F(xiàn)e的熔化溫度為1538℃，所以當(dāng)鋁熔化時，鋼基材料仍保持固態(tài)。當(dāng)先熔化的鋁液體附著在還未熔化的鋁表面時，未熔化的鋁的激光能量吸收率顯著增加，導(dǎo)致焊接不穩(wěn)定。此外，鋁和鋼的密度不同，當(dāng)鋼熔化時鋁液將浮在鋼的表面上，這種宏觀偏析現(xiàn)象會導(dǎo)致焊接接頭的力學(xué)性能較差。近年來，隨著激光波長、功率密度和傳輸精度的提高，激光焊接技術(shù)迅速發(fā)展。其中，激光熔化釬焊技術(shù)可對異種金屬激光熱能量進行精確控制，先部分熔融低熔點基材，然后熔化高熔點材料，實現(xiàn)了可靠的異種金屬材料焊接。在這種焊接過程中，鋁側(cè)的接頭是熔焊，靠近鋼側(cè)是釬焊，焊接具有熔焊和釬焊的優(yōu)點。通過采用不同的激光束，如單束激光、雙光束激光、激光電弧混合，實現(xiàn)了激光熔化釬焊。通過激光熔釬焊方法進行鋁和鋼的焊接，結(jié)果表明焊接接頭質(zhì)量較好，克服了上述缺陷。

刊名：The International Journal of Advanced

Manufacturing Technology（英）

刊期：2016年第9期

作者：Bruce Madigan

編譯：徐嘉浩