铝与钢异种材料连接技术及其研究进展

李岩^1,2，胡志力^1,2，于海洋^1,2，庞秋³

1. 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室2. 汽车零部件技术湖北省协同创新中心3. 武汉东湖学院机电工程学院

摘 要：在工业快速发展和节能减排的大环境下,各行业对材料性能的要求越来越高。因此性能更加全面的异种金属结构开始受到关注,钢铝混合结构兼具功能性和经济性的优势,使其在航空航天、车辆等领域得到了广泛的应用。对汽车行业而言,轻量化是未来发展的必然趋势,而钢铝混合车身的应用是白车身减重最直接、有效的方式。与此同时,混合车身的出现也对钢铝连接工艺提出了新的要求。现有的四类钢铝连接工艺包括熔焊、钎焊、机械连接和固态连接。钢与铝的熔点、热导率、延展性和密度等物理化学性质的差异是二者连接存在困难的主要原因。熔焊工艺接头拥有较高强度,但焊接过程中会产生降低接头强度的金属间化合物;钎焊工艺接头强度高、平整性好、焊接参数可控性强,但对板材清洁度要求较高且存在焊接缺陷;机械连接工艺简单且对连接强度有保证,但无法保证接头的气密性;固态连接工艺接头拥有较高强度,但受到尺寸的限制且价格昂贵。目前提高钢铝接头质量的方向主要有:（1）现有工艺参数优化;（2）板材预处理;（3）板材布置形式调整和新工艺;（4）现有工艺复合创新。国内外科研人员对钢铝连接工艺进行大量研究后发现:（1）通过控制实验参数,各类工艺均可获得不同实验条件下的最优接头。（2）对钢板预涂Al层或者Zn层等预处理方式均可增强二者的连接性。（3）机械连接工艺及固态连接工艺中钢板与铝板的相对位置会对接头的质量产生影响。对于部分连接技术,超声波、Zn箔等新元素的加入也可优化接头质量。（4）复合工艺接头质量明显优于单工艺接头,如自冲铆接+电阻点焊（SPR+RSW）、搅拌摩擦焊+冷金属过渡电弧焊接（FSW+CMT）等复合工艺接头。本文综述了现有的四类连接工艺,主要涉及工艺基本原理、技术优劣、接头性能、工艺要领、应用场合;同时对国内外研究现状进行了总结,包括工艺参数、材料种类及尺寸、接头性能及形貌、结论及实验数据;最后对钢铝连接工艺发展方向进行了展望,为钢铝混合车身的设计和制造提供参考。

关键词：轻量化;钢铝;异种金属结构;连接工艺;