浅谈异种金属激光焊接

张宁++曲浩然

摘要：随着的社会科技与经济水平的发展，现代工业对零部件的性能提出了更高更多样化的要求。目前任何单一的金属材料都不可能完全满足生产全面的需要，虽然有极少类别的金属能达到理想的效果，但是这种类别的金属往往也比较昂贵，因此在实际的工业作业工程中，对异种金属进行合成的技术就成为了重点。在工业生产中，铝及铝合金的应用较为广泛，近年来铝与钢连接问题热度持续上升，但是铝和钢的焊接问题具有较大的难度性。本文首先对异种金属的焊接性问题进行了阐述，然后对目前铝和钢焊接的相关方法做出了说明，不同的焊接方式各有利弊，说明我国铝和钢焊接的未来发展前景还是比较广阔的。

关键词：钢铝焊接；异种金属；焊接技术；问题

一、绪论

目前对于异种金属合成的发展，铝和钢的焊接也成为机械制造业中的重点与难点，由于不同金属性能的差别，导致异种金属的焊接具有较大的难度性。钢和铝的连接方式有粘接与机械连接两种，粘接的使用比较局限，不适用于超强度的焊接要求，适合对接头强度要求低的焊接过程；而机械焊接能实现较高的接头焊接强度，但是不能保证良好的气密性，而且机械连接一般会留下连接痕迹，对于要求精密的金属部件，这种方法显然不适合。为了实现异种金属的合成，达到最佳的金属性能，降低金属制造成本，近年来，广大研究人员正在对异种金属焊接技术进行研究与探索，本文就异种金属焊接技术的相关方法与问题进行了论述。

二、铝钢异种金属的焊接性

在各种加工制造行业中，铝合金的质量轻、耐腐蚀性强、延展性较高，成为目前广泛应用的一种轻金属，而钢是机械加工行业中使用最普通的金属，在工业建设中扮演着重要的角色。近年来，以铝、铝合金为基本材料的金属构件使用越来越普遍，并得到了人们的关注。

铝与钢的金属的物理与化学性能上有较大的差异，导致铝与钢焊接过程难以实现，主要的差异体现在以下几点：

（1）熔点不同；钢的熔点比铝的熔点高，在两者进行焊接的过程中，由于温度的变化当铝完全熔化成液体的状态时，钢仍处于固态的形式；两者的密度也相差很大，如果实现了铝与钢的同时融化，这时候由于液态的铝水比钢水的密度小，会浮在钢水上，在对金属进行冷却、定型时，就导致两种金属融合的不均匀，从而降低金属接头的性能。

（2）夹渣现象容易发生；夹渣现象指的是铝及合金在焊接的过程，在母材上形成氧化膜，这种氧化膜很难融化，从而阻碍了两种金属的融合；通常在熔池表面也会产生氧化膜，并随着温度的升高变得越来越厚。氧化膜会严重影响到液态金属的融合，最终导致金属焊缝中出现夹渣的现象。

（3）铝钢焊接接头变形问题；由于铝与钢的密度、热导率相差较大，两者的线膨胀系数也差距很大，在铝和钢的焊接过程中会造成焊接接头的变形，严重时会造成焊接金属裂纹的产生。

三、铝和钢焊接的相关方法与问题

1 铝和钢的压焊

在铝和钢的焊接过程中，形成铝钢复合板是通过滚焊或爆炸复合的方式，但在这个过程中，铝和钢之间容易形成硬度较高的化合物，由于铝与钢物理、学相关的差异较大，导致压焊过程金属的高塑性变形，从而使金属材料发生高密度位错，形成高硬度的化合物，影响复合板的使用性能。

为了提高铝合金与钢板的接触力度，相关研究人员发现了压轮的方法，使用压轮的方法能提高压焊过程中铝和钢之间的热传递速率；由于金属间脆性物质的存在，金属间的断裂现象时有发生，激光压力焊接技术的普及与应用提高了金属间的延展性与强度，激光压力焊可以根据不同的压力使用不同功率的激光，有效的提高了接头的强度。

2 铝和钢的搅拌摩擦焊

当对铝合金和不锈钢进行焊接时，我们通常采用搅拌摩擦焊的方式提高焊接的质量。大量的实验表面，当异种金属焊接过程中处于低转速的情况下，如果不能保证温度增长的速度，就会造成焊接接头的烧坏；而在高转速下，金属又会快速燃烧，也不能很好的保证金属的性能。铝和钢在焊接过程中未来保证良好的焊缝强度与接头形态，通常采用摩擦搅拌焊，这种方法在异种金属焊接中的使用率很高，具有节约能源、时问的优点，所需的能量与温度较低，保证了异种金属良好的形态，但是其焊接效率还仍需进一步提高，相关的研究与工艺也不太成熟。

3 钎焊

近年来，相关研究人员对铝合金与不锈钢的焊接工艺做出了研究，利用钎焊工艺方法降低了异种金属焊接过程中焊缝的化合物的产生。实验表明采用钎焊工艺方法进行焊接能防止铝、铁原子的扩散，根据钢和铝的熔点差异，利用铜与焊缝交界面产生的AICu有效的提高了焊缝的裁剪性能，很好的结合并利用了钎焊与熔焊的特点。

近年来，钎焊形式一电弧焊形式的焊接方法也广为传用，钎焊形式一电弧焊方法的原理是利用电源对钢以及铝进行加热，并将铝基焊丝接头进行融化，同时保汪钢母材的固态状态。钎焊形式一电弧焊方法实现了熔焊方法的结合，具有很高的灵活性，并且不会造成能源的浪费，是一种高效的高温焊接方式。利用钎焊形式一电弧焊方法进行异种金属的焊接时，很大程度的缩短了钎焊接头在高温下的处理时间，抑制了母材产生较大晶粒，保证了焊接后金属外观的流畅与美观，具有较好的自动化性能，很大地提高了异种金属焊接的质量。

四、结语

社会科技与经济水平的发展对机械制造业的发展水平提出了更高的要求，为了提高金属构件的性能，异种金属合成的课题被人们广泛关注起来。铝和钢之间性质差异较大，两者的焊接问题一直都是广大研究人员的研究难点。异种金属焊接技术质量的提高直接影响到金属结构复合工程的发展，甚至成为整个机械制造业的发展的重要指标。