铝钢异种金属材料的激光焊接技术

铝及铝合金具有强度高、成形性好、耐腐蚀性好、质量轻等特点，广泛应用于航空航天、汽车等工业领域。钢具有力学性能优良、成本低等特点，也广泛应用于许多工业领域。将低密度的铝及铝合金材料应用在汽车零部件上可以减轻汽车质量和和减少燃料消耗、有害气体排放。因此，涉及到铝与钢结构之间的连接，而铝和钢之间存在热物理和化学性能差异，不便于采用传统焊接技术。近年来，汽车制造厂已采用多种方法进行铝与钢结构的焊接，如摩擦焊接、电阻焊接和超声波焊接等只适用于焊接某些类型接头，限制了焊接应用范围；真空钎焊、炉中钎焊可用于各种类型接头的焊接，但是焊接接头强度有限；钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、电子束焊接、激光焊接可以焊接任意形状接头，且焊接接头强度高，这4种焊接方法已经被广泛应用于实际生产中。其中，激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、变形小、热输入控制准确、自动化程度高等优点，同时还可以有效地控制Fe-Al金属间化合物的成核和生长，从而极大提高焊接接头性能。因此，对铝和钢的激光焊接技术进行了研究。

虽然激光焊接有较大优势，但是焊接接头依然存在缺陷。由于铝的熔化温度为660℃，Fe的熔化温度为1538℃，所以当铝熔化时，钢基材料仍保持固态。当先熔化的铝液体附着在还未熔化的铝表面时，未熔化的铝的激光能量吸收率显著增加，导致焊接不稳定。此外，铝和钢的密度不同，当钢熔化时铝液将浮在钢的表面上，这种宏观偏析现象会导致焊接接头的力学性能较差。近年来，随着激光波长、功率密度和传输精度的提高，激光焊接技术迅速发展。其中，激光熔化钎焊技术可对异种金属激光热能量进行精确控制，先部分熔融低熔点基材，然后熔化高熔点材料，实现了可靠的异种金属材料焊接。在这种焊接过程中，铝侧的接头是熔焊，靠近钢侧是钎焊，焊接具有熔焊和钎焊的优点。通过采用不同的激光束，如单束激光、双光束激光、激光电弧混合，实现了激光熔化钎焊。通过激光熔钎焊方法进行铝和钢的焊接，结果表明焊接接头质量较好，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

编译：徐嘉浩