铝,钢异种金属焊接

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1、铝/钢异种金属钎焊与固相焊新技术2011/4/22/11:10搅拌摩擦钎焊（FSB）与嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW） 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室焊接研究所 张贵锋 赵继鹏 苏伟  张建勋 三一重工股份有限公司吴相省 摘   要：为解决Al与异种高强金属材料焊接过程中的工具磨损问题，西安交通大学焊接研究所特种焊室先后开发了两种新型焊接工艺——搅拌摩擦钎焊（FSB）与嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW），并均已申报国家专利。两种技术均采用无针搅拌头，既避免了针的磨损，又获得了无匙孔的光滑外观；同时所得接头均断裂于Al母材内而非原始待焊接面。由此

2、证明了两种新技术分别相对于传统搅拌摩擦焊与搅拌摩擦点焊的优越性。其中搅拌摩擦钎焊不仅成功用于Al/steel焊接，还可采用多道搅拌摩擦钎焊技术制备Al/steel双金属复合板材。本文简要介绍FSB与EFSSW的思路、优点与机理方面的初步研究结果。 关键词：铝/钢异种金属钎焊；搅拌摩擦焊；搅拌摩擦钎焊（FSB）；嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW）  1   搅拌摩擦焊的优点与存在问题               搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding，FSW）是英国焊接研究所于1991年发明的一种尤为适于Al材的固态焊接技术。其核心技术特征在

3、于采用了由粗肩与细针组成的同轴台阶式耐磨工具（搅拌头）。肩的主要作用在于：保护、摩擦加热（包括预热与维持两方面）、保证焊缝表面光滑成形、锻压焊缝、驱动表层塑化材料转移等；针的主要作用在于：搅拌、破膜、界面混合、转移塑化材料等。搅拌头所采用的这种分段式特殊结构为同时实现焊缝表面光滑成形（主要靠肩）与焊缝内部界面混合（主要靠针）创造了条件。另一方面，利用工件/工具间的摩擦热代替工件/工件间的摩擦热，从而为工件固定、工具运动创造了条件,进而为其适用于各种接头型式（对接、搭接、角接等）创造了条件。            迄今为止，适于Al材的焊接技术有：交流

4、TIG及VPTIG（变极性TIG）、MIG、VPPAW（变极性等离子弧焊接）等。与上述熔焊工艺相比，属于固态焊接的FSW具有显著优点：耗能小、无须焊丝与保护气体、焊接变形小、参与应力水平低、焊缝晶粒不易长大、无热裂纹与气孔这两类与凝固有关的缺陷、适于各种Al合金（包括熔焊无法焊接的硬铝——2XXX系列、超硬铝——7XXX系列）等。由于FSW的上述优点，美国波音公司（BoeingCo.）、美国国家宇航局（NASA）早在1994年以后便采用了FSW焊接技术焊接Al合金。             FSW存在的问题主要有：              （1）要

5、求母材必须能够被刚性固定于工作台面。对此，目前已有采用双肩搅拌头的改进型焊接技术的报道。               （2）焊缝末端存在针拔出时残留的匙孔（keyhole）。对此，已有采用可伸缩针的改进型焊接技术的报道。              （3）当母材之一或两种母材均为屈服强度较高的材料（如钢材）时，搅拌头磨损严重。目前尚难以应用于钢材的焊接。对此，日本有人采用陶瓷搅拌头。但陶瓷搅拌头存在制备难、加工难、价格贵、供货及时性差等经济与技术不足，难以在工业领域普遍推广。             FSW的改进工艺方兴未艾，在美国于1995~2006

6、年间已有50项相关专利被授权[1]。      为解决Al与异种高强金属材料（如铜、钢、不锈钢等）焊接过程中的工具磨损问题，拓宽搅拌摩擦焊的应用范围，西安交通大学焊接研究所特种焊室先后开发了两种新型焊接工艺——搅拌摩擦钎焊（FSB：frictionstirbra-zing）与嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW：embeddingfrictionstirspotwelding），并均已申报国家专利。其中FSB不仅可用于Al/steel焊接，还可用于制备Al/steel双金属复合板材。本文简要介绍FSB与EFSSW的思路、优点与机理方面的初步研究成果。 2 

7、    Al/steel搅拌摩擦钎焊 2.1   搅拌摩擦钎焊的推出                  虽然搅拌摩擦焊在国内外业界有强势影响，但搅拌摩擦焊并非万能的：最典型的情况是当母材之一是钢材时（制备双金属板时，常常有一种为较硬的钢材）经典搅拌摩擦焊便难以胜任。其原因在于：若使用普通工具钢制搅拌头，则因工具严重磨损而难以为继（除非采用陶瓷搅拌头，不仅价贵、易碎且市场供货难以保证）；若为了避免工具磨损而采用无针式搅拌头时，则无论如何调整参数，两板界面上无变形、无粘附，界面结合极差,断裂于原始界面。此时，恰好正是搅拌摩擦钎焊的用武之地。 2.2   

8、搅拌摩擦钎焊工艺、机理与应用                  为了避免钢材与针的直接接触导致的对针的严重磨