鋁/鋼異種金屬電弧熔釬焊界面結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀*

李 杰，黃健康

（1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空材料工程學(xué)院，西安710089；2.蘭州理工大學(xué) 有色金屬合金及加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730050）

1 概 述

近年來(lái)，由于能源問(wèn)題和汽車尾氣排放引起的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，汽車輕量化受到了世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注。鋁及鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等特點(diǎn)，在航空航天、汽車、國(guó)防等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在機(jī)械制造業(yè)中，鋼是一種應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，為了充分利用兩種材料的優(yōu)勢(shì)，鋁與鋼異種金屬連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)在汽車、航空航天、電力等行業(yè)具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者就鋁/鋼異種金屬的連接進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，其焊接方法幾乎涉及到焊接領(lǐng)域的各個(gè)方面，大體分為壓焊、釬焊、攪拌摩擦焊、熔焊和熔釬焊。對(duì)于壓焊[3]和釬焊[4]來(lái)說(shuō)，雖然可以得到性能良好的鋁/鋼焊接接頭，但受工件形狀和尺寸的限制，其應(yīng)用范圍受到了很大的影響；而對(duì)于熔化焊[5-6]，在焊接接頭內(nèi)極易形成硬而脆的金屬間化合物，不易獲得力學(xué)性能良好的焊接接頭。除此之外，一些傳統(tǒng)的鋁/鋼機(jī)械連接方法如鉚接、螺栓連接由于其在密封及表面成形等方面不能滿足不斷發(fā)展的鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的要求，該類機(jī)械連接方法受到了限制。針對(duì)鋁與鋼物理化學(xué)性質(zhì)的不同，通過(guò)分析鋁及鋁合金與鋼異種金屬熔化焊時(shí)存在的問(wèn)題，認(rèn)為鋁/鋼熔釬焊是適合鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)大批量、高效制造的焊接技術(shù)。采用激光熔釬焊和電子束熔釬焊方法可以實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種金屬的高質(zhì)量焊接，但復(fù)雜和昂貴的設(shè)備要求限制了其在很多工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。電弧焊是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的焊接方法，因此，利用電弧焊進(jìn)行鋁/鋼異種金屬的焊接將極大地推動(dòng)鋁/鋼異種金屬焊接結(jié)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。電弧熔釬焊主要包括TIG熔釬焊、MIG熔釬焊[7-8]以及激光－電弧復(fù)合熔釬焊等[9]。本研究簡(jiǎn)要介紹了鋁/鋼異種金屬電弧熔釬焊焊接方法，并對(duì)鋁/鋼異種金屬熔釬焊過(guò)程中的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)重點(diǎn)闡述了合金元素對(duì)焊接接頭的作用機(jī)理，以便為實(shí)際生產(chǎn)中焊接工藝的優(yōu)化提供參考。

2 鋁/鋼焊接性分析及焊接方法

由于鋼和鋁的熱物理性能相差很大，性能的差異導(dǎo)致了鋼和鋁的焊接較為困難。鋁與鋼的熔點(diǎn)相差很大，焊接時(shí)低熔點(diǎn)的鋁發(fā)生了熔化，而高熔點(diǎn)的鋼處于固體狀態(tài)幾乎不發(fā)生熔化。除此之外，鋁和鋼的密度相差很大，當(dāng)鋼完全熔化后，液態(tài)鋁浮在鋼水上面，冷卻結(jié)晶后焊縫成分不均勻，使得焊接接頭的性能降低。鋁和鋼的熱導(dǎo)率及線膨脹系數(shù)相差很大，焊接過(guò)程中接頭處會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，增加了裂紋產(chǎn)生的傾向。另外，鋁高溫時(shí)容易形成高熔點(diǎn)的Al2O3，形成焊縫夾渣直接影響焊縫的熔合。Al-Fe二元相圖如圖1所示。在熔焊焊接時(shí)，鋁與鐵之間既可以形成固溶體、共晶體，也可以形成Al-Fe金屬間化合物。鐵在固態(tài)鋁中的溶解度極小，在室溫下鐵幾乎不溶于鋁，所以含微量鐵的鋁合金在冷卻過(guò)程中極易結(jié)晶產(chǎn)生金屬間化合物FeAl3。冷卻過(guò)程中隨著含鐵量的增加，相繼出現(xiàn)Fe2Al5、FeAl2、FeAl等金屬間化合物，其中Fe2Al5的脆性最大，會(huì)使焊接接頭的塑性和韌性顯著降低。因此，采用熔化焊方法進(jìn)行鋁/鋼異種金屬的連接難度很大，在焊接過(guò)程中接頭界面反應(yīng)層會(huì)產(chǎn)生大量脆性的Fe-Al金屬間化合物，這是鋁及鋁合金與鋼熔化焊接的主要障礙。

圖1 Al-Fe二元相圖

電弧熔釬焊是一種良好的異種金屬連接方法，采用電弧熔釬焊方法進(jìn)行鋁/鋼異種金屬的焊接已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。鋁/鋼異種金屬電弧熔釬焊過(guò)程實(shí)質(zhì)是熔化的鋁和固相的鋼通過(guò)冶金反應(yīng)結(jié)合在一起，這種焊接過(guò)程同時(shí)具有熔化焊和釬焊的特點(diǎn)，即利用兩種母材熔點(diǎn)上的較大差異，在低熔點(diǎn)的鋁發(fā)生熔化時(shí)，保證高熔點(diǎn)的鋼母材不發(fā)生熔化。這樣，一方面填充金屬與熔化的鋁母材形成熔化焊的焊接接頭，另一方面熔化的焊絲和鋁母材在鋼基體的表面鋪展，形成釬焊焊接接頭。因此，在采用電弧熔釬焊方法實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種金屬的焊接時(shí)，對(duì)焊接熱輸入的精確控制有非常高的要求。

TIG焊電弧穩(wěn)定且可控性好，適合鋁/鋼異種金屬熔釬焊連接，但TIG熔釬焊焊接效率低。當(dāng)采用MIG焊方法進(jìn)行鋁/鋼異種金屬焊接時(shí)可明顯提高焊接效率，因此，MIG熔釬焊鋁/鋼異種金屬受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。近年來(lái)國(guó)外FRONIUS公司提出了熱輸入精確控制型MIG焊方法—CMT（冷金屬過(guò)渡）方法，該焊接方法在熔滴發(fā)生短路時(shí)焊絲迅速回抽使熔滴發(fā)生過(guò)渡，熔滴發(fā)生過(guò)渡時(shí)的短路電流很小，過(guò)渡所需要的力不再完全依賴電弧電流，電弧電流主要用于加熱焊絲和熔池。該焊接方法在焊接過(guò)程需要的熱和力分別從兩條渠道按各自的最佳要求提供，其焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)更加靈活，更容易滿足鋁/鋼異種金屬焊接的要求。江蘇科技大學(xué)的崔佃忠等[10]采用CMT技術(shù)對(duì)鋁和鍍鋅鋼板異種材料進(jìn)行了熔釬焊連接，研究發(fā)現(xiàn)，接頭界面區(qū)組織為Fe2Al5、FeAl2、FeAl和FeA13的混合層，接頭主要斷裂于鋁母材的熱影響區(qū)，接頭強(qiáng)度達(dá)到115.7 MPa。

美國(guó)肯塔基大學(xué)的張?jiān)Ｃ鹘淌谔岢隽伺月冯娀〉碾p電極 GMAW 方法（簡(jiǎn)稱 DE－GMAW）[11]，其基本原理是在焊絲與工件的電弧中間并入TIG旁路電弧對(duì)流入母材的電流進(jìn)行分流，從而減少焊接過(guò)程中母材的熱輸入，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中熱輸入的精確控制。蘭州理工大學(xué)的石玗等[12]用旁路耦合電弧MIG熔釬焊的方法對(duì)鋁/鋼進(jìn)行了焊接，通過(guò)調(diào)節(jié)旁路電弧電流的大小來(lái)控制焊接過(guò)程中的熱輸入。通過(guò)對(duì)脈沖旁路耦合電弧焊控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了鋁鎂合金ER5356在304不銹鋼板上的堆焊，獲得了成形良好的焊縫。結(jié)果表明，脈沖旁路耦合電弧焊方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋁/鋼的良好連接，是一種新型低成本、低熱輸入電弧焊方法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的雷振等[13]用激光電弧復(fù)合熔釬焊方法對(duì)鋁合金與鋼進(jìn)行了焊接，其接頭的拉剪強(qiáng)度高達(dá)90 MPa。界面反應(yīng)層中形成的金屬間化合物為Fe3Al、FeAl2、Fe2Al和 FeAl3，金屬間化合物層太厚或太薄都會(huì)影響焊接接頭的強(qiáng)度，其最佳厚度是1.5 μm。

3 鋁/鋼異種金屬熔釬焊的界面結(jié)構(gòu)研究

在鋁/鋼異種金屬熔釬焊過(guò)程中，在焊接接頭處生成了Al－Fe金屬間化合物，隨焊接過(guò)程中添加合金元素及焊接參數(shù)的不同，界面處金屬間化合物的種類和形態(tài)有所不同。當(dāng)前，關(guān)于Al－Fe金屬間化合物層厚度對(duì)焊接接頭強(qiáng)度的影響未形成統(tǒng)一的定論，大部分研究結(jié)果表明金屬間化合物層厚度應(yīng)當(dāng)小于某一臨界值，并且越薄越好[14]，也有相關(guān)研究認(rèn)為化合物層厚度在4.5～9 μm的范圍內(nèi)性能最佳[15]。因此，研究焊接熱輸入對(duì)接頭金屬間化合物層厚度的影響及金屬間化合物層厚度對(duì)接頭強(qiáng)度的影響十分重要。除此之外，分析鋁/鋼焊接接頭中金屬間化合物的相結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)界面金屬間化合物生長(zhǎng)的控制，不僅是對(duì)焊接工藝優(yōu)化的需要，而且是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要方法，同時(shí)也是研究鋁/鋼連接機(jī)理的內(nèi)容之一。

當(dāng)液態(tài)的鋁與固態(tài)的鋼相互作用時(shí)，作用過(guò)程可分為3個(gè)階段[16]：①熔融鋁使固態(tài)鋼潤(rùn)濕；②鐵在液鋁中溶解；③鐵在液鋁中擴(kuò)散。這3個(gè)階段對(duì)鋁/鋼熔釬焊界面的組織結(jié)構(gòu)和性能有很大影響。由于Al、Fe原子反應(yīng)形成金屬間化合物的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液態(tài)鋁沿鐵界面的擴(kuò)散速度和金屬間化合物的溶解速度，因此，Al、Fe原子擴(kuò)散過(guò)程中以反應(yīng)擴(kuò)散為主。當(dāng)Al、Fe金屬混合物滿足界面上的金屬間化合物成分時(shí)，其變化分為2個(gè)階段：①Al、Fe原子擴(kuò)散并穿過(guò)界面而形成Al、Fe的過(guò)飽和固溶體；②當(dāng)過(guò)飽和固溶體的成分達(dá)到一定程度時(shí)就轉(zhuǎn)變成Al－Fe的金屬間化合物。在電弧熔釬焊時(shí)并不是所有的金屬間化合物均能形成和長(zhǎng)大，必須分析金屬間化合物形成的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件。

上海工程技術(shù)大學(xué)的于治水等[17]在TIG電弧加熱條件下，對(duì)Al－Si釬料與Q235鋼的界面冶金行為進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)界面處金屬間化合物吉布斯自由能的計(jì)算，在電弧釬焊溫度范圍內(nèi)隨著擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)內(nèi)含鋁量的增加，將形成FeAl、Fe2Al5及FeAl3化合物。電弧熔釬焊過(guò)程中，隨著電弧溫度的升高擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)內(nèi)的鋁濃度增加，由于鋁沿晶界的擴(kuò)散系數(shù)比晶內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)大，因此晶界處鋁的濃度比平均濃度高，當(dāng)晶界上的鋁濃度達(dá)到鋁在界面上的飽和濃度時(shí)，便形成了Fe2Al5相的晶核，晶核長(zhǎng)大以致于相互連接形成連續(xù)的相層，隨后FeAl3相的晶核也開(kāi)始形成和生長(zhǎng)并相互連接形成第2個(gè)相層，最后各個(gè)金屬間化合物相層相互競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)。

澳大利亞的SHAHVERDI H R和伊朗的SHABESTARI S等[18]研究了熔融態(tài)鋁與固態(tài)鐵反應(yīng)的界面結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在界面處生成了FeAl3和Fe2Al5兩種金屬間化合物，界面反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致了Fe2Al5的生長(zhǎng)速度比FeAl3快，為反應(yīng)界面的重要組成相，F(xiàn)eAl3相在反應(yīng)后期才被檢測(cè)到。

蘭州理工大學(xué)的石玗等[19]研究了鋁/鋼異種金屬脈沖旁路耦合電弧MIG熔釬焊界面反應(yīng)的熱力學(xué)機(jī)理。通過(guò)Thermo－Calc軟件計(jì)算了金屬間化合物Fe2Al5和金屬間化合物FeAl3的吉布斯自由能。結(jié)果表明，在高溫Fe2Al5的吉布斯自由能比FeAl3的吉布斯自由能小，在低溫FeAl3的吉布斯自由能比Fe2Al5的吉布斯自由能小，這說(shuō)明焊接過(guò)程中金屬間化合物Fe2Al5先生成，冷卻過(guò)程中隨著溫度的降低會(huì)有金屬間化合物FeAl3生成。

日本TANAKA Y等[20]研究了液態(tài)鋁與固態(tài)鋼等溫反應(yīng)擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，在溫度為780～820℃時(shí)，其金屬間化合物層主要為FeAl3和 Fe2Al5，且金屬間化合物Fe2Al5的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FeAl3的厚度，因此，金屬間化合物層的生長(zhǎng)主要由Fe2Al5控制。

4 合金元素對(duì)鋁/鋼異種金屬電弧熔釬焊界面結(jié)構(gòu)的影響

鋁及鋁合金與鋼熔釬焊界面處金屬間化合物層實(shí)質(zhì)是鋁與鐵擴(kuò)散反應(yīng)形成的，其接頭處金屬間化合物的厚度、分布及形態(tài)對(duì)接頭的力學(xué)性能有很大的影響。而合金元素對(duì)鋁/鋼熔釬焊接頭中金屬間化合物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及分布有很大的影響，因此，研究合金元素對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的影響十分必要。在鋁/鋼異種金屬焊接過(guò)程中合金元素對(duì)焊接接頭的作用主要體現(xiàn)在[21]：①能夠降低焊接材料的熔點(diǎn)，保證液態(tài)鋁基材在鋼表面的濕潤(rùn)與鋪展；②能夠抑制金屬間化合物的生成，改變金屬間化合物的形態(tài)及分布或者參與生成塑性較高的金屬間化合物；③能夠起到變質(zhì)處理和形核劑的作用，從而能夠細(xì)化晶粒。

近年來(lái)，一些學(xué)者研究了鍍鋅鋼板/鋁異種金屬熔釬焊過(guò)程中合金元素鋅對(duì)焊接接頭的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，在鋁/鋼熔釬焊過(guò)程中，鋅對(duì)焊接接頭的影響主要表現(xiàn)在：①能夠改善液態(tài)鋁基材在鋼表面的濕潤(rùn)與鋪展；②能夠改變電弧形態(tài)，減少母材熱輸入；③參與了界面處化合層的反應(yīng)，能提高焊接接頭的塑性。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的林三寶等[22]采用TIG熔釬焊方法進(jìn)行了鋁基釬料在鍍鋅鋼板上的潤(rùn)濕鋪展試驗(yàn)及鋁合金與鍍鋅鋼板的搭接試驗(yàn)，在TIG電弧熱源作用下鋁基釬料在Q235鍍鋅鋼板表面鋪展良好，鋼板沒(méi)有發(fā)生熔化，其潤(rùn)濕角小于20°；同時(shí)獲得了較好的鋁合金與鍍鋅鋼搭接接頭，釬焊?jìng)?cè)界面金屬間化合物層厚度＜10.0 μm。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張洪濤、馮吉才等[23]研究了鋁/鍍鋅鋼板CMT熔釬焊過(guò)程中，鍍鋅層對(duì)電弧加熱行為的影響。結(jié)果表明，在小電流下焊接時(shí)，鍍鋅層起到穩(wěn)定電弧的作用，而在無(wú)鍍鋅層條件下，電弧的陰極斑點(diǎn)不停地跳躍，電弧極其不穩(wěn)；隨著焊接電流的增大，在鍍鋅鋼板上焊接時(shí)，鍍鋅層的蒸發(fā)會(huì)變得十分顯著，這種蒸發(fā)行為降低了焊接熱輸入及界面層中脆性化合物的生長(zhǎng)速度，進(jìn)而減小了其厚度。大連理工大學(xué)的胡文金[24]研究發(fā)現(xiàn)，合金元素鋅參與了化合物層的反應(yīng)，生成了塑性較好的Fe2Al5Zn0.4金屬間化合物，優(yōu)化了焊縫性能。

大連理工大學(xué)的董紅剛等[25]用GTAW（gas tungsten arc welding）方法，分別采用 Al－5%Si、Al－12%Si、 Al－6%Cu、 Al－10%Si－4%Cu 和 Zn－15%Al焊絲對(duì)鍍鋅鋼板和鋁合金進(jìn)行了焊接。結(jié)果表明，隨著Si含量的增加，焊接接頭處金屬間化合物層厚度減小，接頭拉伸強(qiáng)度增大；使用Al－12%Si時(shí)其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到136 MPa。這說(shuō)明合金元素Si能夠阻礙鋁鐵元素的擴(kuò)散，從而減小金屬間化合物層厚度，提高焊接接頭的拉伸強(qiáng)度。德國(guó)的SPRINGER H等[26]研究了低碳鋼與鋁硅合金、低碳鋼與鋁合金在固/液狀態(tài)下鋁鐵原子的擴(kuò)散及金屬間化合物反應(yīng)層的形成。研究結(jié)果進(jìn)一步表明，在鋁中加入合金元素Si降低了界面反應(yīng)的速率，反應(yīng)層中的金屬間化合物為Fe2Al5相和少量的Fe4Al13相。

蘭州理工大學(xué)的石玗等[27]用脈沖旁路耦合電弧熔釬焊（pulsed double electrode-gas metal arc welding-brazing）方法，分別采用 Al－Si和 Al－Mg 焊絲對(duì)鋁鋼異種金屬進(jìn)行了焊接。當(dāng)使用Al－Mg焊絲時(shí)，在焊接接頭鍍鋅鋼側(cè)生成了舌狀的金屬間化合物Fe2Al5，靠近鋁側(cè)生成了鋸齒狀的金屬間化合物FeAl3；使用Al-Si焊絲時(shí)，在焊接接頭鍍鋅鋼側(cè)生成了平齊的金屬間化合物Fe2Al5，靠近鋁側(cè)生成了針狀的金屬間化合物FeAl3。此外，還發(fā)現(xiàn)使用Al-Si焊絲焊接的焊接接頭強(qiáng)度大于使用Al-Mg焊絲焊接的焊接接頭。大阪大學(xué)的MURAKAMI T等[28]用Al-12%Si焊絲采用MIG電弧熔釬焊方法對(duì)SPCC和工業(yè)純鋁進(jìn)行了焊接。結(jié)果表明，在焊接接頭的界面處生成了Fe2Al7.4Si三元金屬間化合物，接頭的橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)到了79 MPa，為鋁基體的70%。

綜上所述，合金元素Si的作用主要體現(xiàn)在：①阻礙了鋁鐵原子的擴(kuò)散速率，減小了金屬間化合物層厚度；②改變了界面反應(yīng)層金屬間化合物的形態(tài)及分布；③參與了界面層金屬間化合物的反應(yīng)，生成了鋁、鐵、硅的三元金屬間化合物。

德國(guó)的LEONARDO A J等[29]研究了不同焊絲對(duì)鋁鋼焊接接頭結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，分別選用 99.5%Al、 Al-1%Mn、 Al-5%Si、 Al-3%Si-1%Mn焊絲進(jìn)行了鋁鋼異種金屬的焊接。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Si能抑制界面處金屬間化合物的生長(zhǎng)，而合金元素Mn的加入不會(huì)改變反應(yīng)層中金屬間化合物的種類和形態(tài)，對(duì)金屬間化合物層的厚度也無(wú)明顯影響，但合金元素Mn的存在能夠改善接頭的整體行為。通過(guò)對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選用Al-3%Si-1%Mn焊絲時(shí)，其接頭的力學(xué)性能最佳。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)林三寶等[8]用TIG電弧熔釬焊的方法對(duì)不銹鋼和鋁進(jìn)行了焊接，通過(guò)在釬劑中添加Ni粉，分析了合金元素Ni對(duì)焊接接頭性能的影響。結(jié)果表明，合金元素Ni的加入改善了焊接接頭的力學(xué)性能，減小了金屬間化合物層的厚度和沉淀相的數(shù)量。

大連理工大學(xué)的董紅剛等[30]研究了Si、Cu對(duì)鋁－鍍鋅鋼GTAW接頭性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)Cu含量高于一定值時(shí)，界面層中金屬間化合物層厚度大于10 μm；當(dāng)Cu含量較低時(shí)，隨Si加入量的增加，金屬間化合物層的厚度將減小到10 μm，由此可見(jiàn)，Cu含量過(guò)高會(huì)降低焊接接頭的力學(xué)性能。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的宋建嶺等[31]采用鋁硅釬料進(jìn)行了鋁/鋼異種合金TIG熔釬焊試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出了適用于TIG電弧熱源下的特種釬劑，釬劑成分為：改性的 Noclock 釬劑w（KAlF4） ∶w（K3AlF6）=65∶35，試驗(yàn)中選用Zn、Sn純金屬粉及界面活性劑K2SiF6作為主要添加元素，釬劑中添加Sn后，由于Sn的熔點(diǎn)低而沸點(diǎn)高，涂層呈液態(tài)而不易揮發(fā)，焊接過(guò)程穩(wěn)定。同時(shí)Sn與鋁基釬料之間有良好的親和性，釬劑促進(jìn)釬料潤(rùn)濕，鋪展效果更為顯著，但過(guò)量Sn加入會(huì)降低接頭的耐腐蝕性，需要控制其含量。通過(guò)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能測(cè)試，表明接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)115.5 MPa，斷裂于焊縫/不銹鋼界面層。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，通過(guò)鋁/鋼異種金屬電弧熔釬焊方法獲得了力學(xué)性能相對(duì)良好的焊接接頭，鋁/鋼異種金屬焊接接頭金屬間化合物的形態(tài)、分布等與焊接接頭的力學(xué)性能密切相關(guān)。不同合金元素的添加能改善鋁/鋼異種金屬的焊接性，減小金屬間化合物層的厚度，改變金屬間化合物的形態(tài)及分布，從而獲得力學(xué)性能良好的焊接接頭。但是，一些合金元素的作用機(jī)理還不明確，進(jìn)一步深入研究合金元素對(duì)焊接接頭的作用機(jī)理十分必要，這將對(duì)今后鋁/鋼異種金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的工業(yè)應(yīng)用有重要的意義。

[1]OZAKI H，KUTSUNA M，NAKAGAWA S，et al.Laser roll welding of dissimilar metal joint of zinc coated steel to aluminum alloy[J].Journal of Laser Applications.2010，22（1）：1-6.

[2]李永兵，李亞庭，樓銘林，等.轎車車身輕量化及其對(duì)連接技術(shù)的挑戰(zhàn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48（18）：44-54.

[3]LIU Xun，LAN Shuhuai，NI Jun.Analysis of process parameters effects on friction stir weldingofdissimilar aluminum alloy to advanced high strength steel[J].Materials and Design，2014，59（6）：50-62.

[4]ELSAYED M H，NAKE M.Structure and properties of carbonsteel-aluminum dissimilarjoints[J].ScienceandTechnology of Welding and Joining，2005，10（1）：27-31.

[5]QIN Guoliang，LEI Zhen，SU Yuhu，et al.Large spot laser assisted GMA brazing-fusion welding of aluminumalloy to galvanized steel[J].Journal of Materials Processing Technology，2014（11）：2684-2692.

[6]SIERRA G，PEYRE P，DESCHAUX B F，et al.Steel to aluminum key-hole leaser welding[J].Material Science and Engineering，2007（447）：197-208.

[7]NGUYEN Q M，HUANG S C.An investigation of the micro-structure ofan intermetallic layerin welding aluminum alloys to steel by MIG process[J].Materials，2015,8（12）：8246-8254.

[8]HE Huan，LIN Sanbao，YANG Chunli，et al.Combination effects of nocolok flux with Ni powder on properties and microstructures of aluminum-stainless steel TIG weldingwelding-brazing joint[J].Journal of Materials Engineering and Performance，2013，22（11）：3315-3325.

[9]ATABAKI M，MA J，LIU W，et al.Hybrid laser/arc welding of advanced high strength steel to aluminum alloy by using structural transition insert[J].Materials and Design，2015（75）：120-135.

[10]崔佃忠，蘆笙，崔晴晴，等.焊接熱輸入對(duì)鋁/鍍鋅鋼CMT熔－釬焊接頭組織與性能的影響[J].焊接學(xué)報(bào)，2014，35（9）：82-85.

[11]LI K H，CHEN J S，ZHANG Y M.Double-electrode GMAW process and control[J].Welding Journal，2007，86 （8）：231-237.

[12]石玗，溫俊霞，盧立暉，等.基于旁路耦合電弧的鋁－鋼MIG 熔釬焊研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（6）：25-29.

[13]LEI Z，WANG X Y，YOU A Q，et al.Research on fusionbrazing joining between aluminum and steelby laser-MIG hybrid welding[J].Rare Metal Materials and Engineering，2009，38（12）：229-233.

[14]VRANAKOVA R，F(xiàn)USSEL U，ZSCHET ZSCHE J，et al.Arc welding of joints between zinc-coated steel and aluminum[J].Welding in the World，2005，49（9）：105-109.

[15]LIN S B，SONG J L，MA G C，et al.Dissimilar metals TIG welding-brazing of aluminum alloy to galvanized steel[J].Frontiers of Materials Science，2009，3（1）：78-83.

[16]RATHOD M M.Joining of aluminum alloy 5052 and lowcarbon steel by laser roll welding[J].Welding Journal，2004（1）：16-26.

[17]于治水，李瑞峰，祁凱，等.鋁/鋼電弧釬焊界面現(xiàn)象及行為[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，19（4）：77-81.

[18]SHAHVERDI H R，GHOMASHCHI M R，SHABESTARI S，et al.Microstructural analysis of interfacial reaction between molten aluminium and solid iron[J].Journal of Materials Processing Technology，2002（3）：345-352.

[19]石玗，邵玲，黃健康，等.鋁－鋼異種金屬脈沖旁路耦合電弧MIG熔釬焊界面反應(yīng)的熱力學(xué)分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2013，34（9）：87-90.

[20]TANAKA Y，KAJIHARA M.Kinetics of isothermal reactive diffusion between solid Fe and liquid Al[J].Journal of Materials Science，2010，45（20）：5676-5684.

[21]宋建嶺，林三寶，楊春利.合金元素改善鋁/鋼異種金屬接頭性能的研究[J].航空制造技術(shù)，2008（12）：26-28.

[22]林三寶，馬廣超，宋建嶺，等.鋁合金/鍍鋅鋼TIG熔釬焊接頭界面組織及力學(xué)性能[J].焊接，2009（2）：34-37.

[23]張洪濤，馮吉才，何鵬，等.鍍鋅層對(duì)鋁/鍍鋅鋼板CMT熔－釬焊電弧加熱行為的影響[J].焊接學(xué)報(bào)，2009，30（8）：37-40.

[24]胡文金.合金元素對(duì)鋁合金/鋼鎢極氬弧熔釬焊接頭組織性能的影響[D].大連：大連理工大學(xué)，2012.

[25]DONG Honggang，HU Wenjin，DUAN Yuping，et al.Dissimilar metal joining of aluminum alloy to galvanized steel with Al-Si，Al-Cu，Al-Si-Cu and Zn-Al filler wires[J].Journal of Materials Processing Technology，2012 （2）：458-464.

[26]SPRINGER H，KOSTKA A，PAYTON E J，et al.On the formation and growth ofintermetallic phasesduring interdiffusion between low-carbon steel and aluminum alloys[J].Acta Materialia，2011，59（4）：1586-1600.

[27]SHI Yu，SHAO Ling，HUANG Jiankang，et al.Effects of SiandMgelementsonthemicrostructureofaluminum-steel jointsproduced by pulsed DE-GMA welding-brazing[J].MaterialsScience&Technology，2013，29（9）：1118-1124.

[28]MURAKAMI T，AKATA K，TONG Hongjun，et al.Dissimilar metal joining of steel to aluminum by lap joint MIG arc brazing transactions of JWRI[J].Transactions of Jwri，2003，32（1）：35-37.

[29]LEONARDO A J，SEBASTIAN W，ALOIS L，et al.Influence of filler composition on the microstructure and mechanical properties of steel-aluminum joints produced by metal arc joining[J].Advanced Engineering Materials，2009，11（5）：350-358.

[30]董紅剛，胡文金，段玉平，等.Si和Cu元素對(duì)鋁-鍍鋅鋼 GTAW 接頭性能的影響[J].焊接學(xué)報(bào)，2010，31（11）：9-12.

[31]宋建嶺，林三寶，楊春利，等.特種釬劑輔助鋁/鋼異種合金 TIG 熔－釬焊[J].焊接學(xué)報(bào)，2010，31（2）：45-48.