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维普资讯 国外科技 铁道机车车辆工人 第1O期2005年10月 文章编号 ：1007—6O42(2005)l0—0027—04 未来焊接钢和铝的常温金属过渡 [美国] 试验表明，用改进型的GMAW工艺焊接钢和铝 ，有好 的抗拉强度 、耐腐 蚀性以及极限疲劳强度。 铝与钢焊接能改善工业领域 内零件 的特性 。尤其是汽车行业 ，这两种 金属的结合通过减轻重量，使耗费的能量最少 。 直到最近 ，这两种金属零件的机械连接仍为压接 ，螺纹连接 ，等 ，大多数 用于零件间的系牢或折弯绑扎 。由于加热后金属间相 的变形 ，而且这些相 很脆，降低了接头焊接点的机械性能 ，因此加热焊接的方式被绝对禁止。另 一 种试 图焊接钢与铝的方法是使用结合压力装置的激光系统。这篇文章描 述了称之为常温金属过渡 (CMT)的 、曾用 于焊接镀锌钢与 6OOO型 (铝镁硅 ) 铝合金以及与某些约束 型5000(铝镁)铝合金 的改进 型的气体金属电弧焊 系统 。 因此，减轻重量和降低能耗是使两种不 同特性材 料完成焊接的重要任 务 ，能获得两种材料的所有优点 ，如重量减轻和得到高的导热 、导 电性 。钢 和铝的焊接还能导致经济方面的优势 。铝因其耐蚀性好和焊接性优 良已广 泛应用在许多领域 。密度小也是铝的一个重要性能 ，在航天和汽车工业上 有助于减轻重量和降低油耗。许多汽车已经有 了铝框架。当铝与钢焊接 时 ，这些材料各 自的特殊优点可以被利用。直到现在这些材料大多数是通 过机械工艺连接的，如压接和铆接。加热焊接工艺 ，如摩擦焊 、点焊或爆炸 焊只能用于那些有非常特殊的几何形状接头并且受到许多限制。激光束焊 接或激光压力焊需要很大的努力 。 问题和要求 铝与钢的加热焊接存在许多问题 。化学和物理性 能(例如 ，熔点 ，热膨 胀系数 ，弹性模量)的差异 ，铝在钢中的不溶性导致许多脆性金属相 (IMP)的 变形。可焊板的厚度取决于焊接过程 中热量 的输入 ，产生的金属间相降低 了接头的焊缝静态和动态的抗拉强度 。图1所示是 Al—Fe二元相 图。仅 有很少百分比的铝固溶于铁。对 于 12％重量的铝 ，发生了显维组织晶粒的 一 27 — 维普资讯 国外科技 铁道机车车辆工人 第l0期2(105年 10月 变化并形成了像 FeAl和 FeAl的化合物 。这些化合物硬而脆。对于含量较 高的铝 ，这些非常脆的金属 间相组织 FezAl、FezAl和 FeAI3形成后通过体积 扩散使铝进入铁或使铁进入铝。这样的扩散是 由不同的化学势引起的。腐 蚀也是一个 大问题。电化学差大 ，非惰性零件发生的腐蚀也大 。对于好 的 焊接 ，金属相间的厚度应 当小于 10 m。 试验和结果 · 这篇文章介绍 的实施了 12a之久的研究 ，开发 了用于镀锌板和厚度为 0．8～3mm铝板的弧焊工艺。这项称之为常温金属过 渡的工艺是一种改进 型的气体金属 电弧焊 (GMAW)工艺。在这项工艺 中，用填充金属焊接铝基 金属，结果 比直接将铝或钢焊接到镀锌钢表面性 能优越 。基本试验是在呈 搭接结构 的 1mm厚板材上进行 的。 试验 由机器人完成。焊枪位置的选择应使 电弧汇聚于熔化的铝及填充 金属上 。焊枪位置只允许有小 的偏差 。接着试验不 同焊枪的位置和结构 ， 可能的钎焊接头[2F，3F(坡底)，3F(坡顶)]，填充接头[1F，2F，3F(坡底)]，边 缘接头[1F，3F(坡底)]，以及对接接头 [1G，3G(坡底)]。合金试验是 Al—Mg 0．4一Si1．2(EN．AW6016)和 DDS47G47GU(每边有 7．5 m的镀锌层)，进一 步试验其与 A10．8Mg一0．9Si(EN—AW6120)／DDSG40(每边有 10ttm 的镀锌 层)，A1．5Mg—