钢-铝异种金属先进焊接技术与连接机理

本书凝聚了作者十余年来在钢-铝异种金属焊接领域潜心钻研的智慧结晶与丰硕成果。作者凭借深厚的学术造诣、敏锐的科研洞察力以及持之以恒的探索精神，在钢-铝异种金属界面反应机理这一基础研究层面进行了深入研究，为后续焊接技术的创新开发奠定了坚实的理论根基。在此之上，作者创新性地开发了涵盖熔化焊、熔钎焊、钎焊、摩擦焊、点焊、冲击焊等在内的一系列先进焊接技术，极大地丰富了钢-铝异种金属焊接的技术手段与方法体系。
尤为值得关注的是，本书通过引入镍过渡层，巧妙地改变了焊接过程中的界面反应路径与机制，有效抑制了脆性金属间化合物的生成，显著提升了焊接接头的综合性能。基于镍过渡层的钢-铝激光-电弧复合熔钎焊技术，充分发挥了激光与电弧两种热源的协同优势，实现了对焊接过程的精确控制，获得了高质量的焊接接头。短纤维增强增韧的激光-电弧复合熔钎焊技术，则通过引入短纤维界面结构，进一步提高了接头的综合力学性能，为钢-铝异种金属焊接接头的性能提升开辟了新的途径。此外，钢-铝摩擦塞-铆复合点焊技术的提出，更是为解决钢-铝薄板的点连接问题提供了一种全新的、高效可靠的解决方案。
本书内容丰富、结构严谨、逻辑清晰，既有深入的理论分析，又有翔实的试验数据支撑，更有对新技术、新方法的创新性探索与实践应用。它不仅为从事钢-铝异种金属焊接研究的科研人员提供了全面、系统、深入的理论指导与技术参考，也为相关工程技术人员在实际生产中解决钢-铝异种金属焊接难题提供了切实可行的技术方案。相信本书的出版发行，必将对钢-铝异种金属焊接技术的进一步发展与广泛应用起到积极的推动作用。

本书汇总了作者十余年来开展的钢-铝异种金属焊接技术研究成果，相关科研项目均为作者带领研究团队独立完成。本书将异种金属的冶金特性与各种焊接技术的特点相结合，创新性地提出了多种钢-铝异种金属先进焊接技术，包括“钢上铝下”的双焦点激光熔化焊技术、基于镍过渡层的钢-铝异种金属激光-电弧复合熔钎焊技术、短纤维界面强化激光-电弧复合熔钎焊技术、摩擦塞-铆复合点焊技术及各种形式的钎焊、摩擦焊和冲击焊技术等，并详细介绍了每种技术的连接机理、特点，以及工艺参数对接头性能的影响。

陈树海，男，博士，北京科技大学教授/博导，毕业于哈尔滨工业大学焊接专业。美国俄亥俄州立大学和橡树岭国家实验室访问学者，中国焊接学会委员，中国有色金属学会有色金属先进连接与加工分会委员。长期致力于异种材料焊接机理研究与新技术开发工作。作为项目负责人，主持国家重点研发课题、国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目30余项；以第一完成人身份荣获北京市科技进步二等奖和机械工业科技进步二等奖各1项；以第一或通信作者身份发表SCI学术论文170余篇，他引次数4700余次。

序
前言
第1章绪论1
1.1钢-铝异种金属焊接的应用背景1
1.2钢-铝异种金属焊接的主要问题2
1.3钢-铝异种金属焊接的主要技术3
1.4钢-铝异种金属焊接的应用实例4
1.5钢-铝异种金属焊接的发展趋势与
展望6
第2章钢-铝异种金属界面冶金原理9
2.1钢-铝异种金属固/液界面反应研究
方法9
2.1.1焊后界面微观组织分析法9
2.1.2热浸蘸法9
2.1.3热物理模拟法10
2.1.4有限元数值模拟法11
2.2钢-铝异种金属固/液界面反应机理12
2.2.1界面微观组织结构12
2.2.2反应参数对界面微观组织的影响
规律16
2.2.3Fe2Al5/Fe界面形态转变机理22
2.2.4反应过程中固/液界面结构26
2.2.5金属间化合物生长机理27
2.2.6钢在液态铝中的溶解行为与
机理31
2.2.7金属间化合物生长模型36
2.2.8热循环条件下金属间化合物生长
预测41
2.2.9合金元素Si对界面反应的影响49
2.3钢-铝异种金属连接界面力学性能53
2.3.1连接界面抗拉强度53
2.3.2连接界面韧性55
2.3.3连接界面脆性层近域力学行为数值
模拟研究57
2.4本章小结61
参考文献62
第3章钢-铝异种金属激光深熔焊
技术64
3.1钢-铝异种金属激光深熔焊接头设计64
3.2钢-铝异种金属单焦点激光深熔焊
技术64
3.2.1试验材料、设备与方法64
3.2.2工艺参数对焊缝成形的影响65
3.2.3焊缝成形对力学性能的影响71
3.2.4接头组织及断裂行为74
3.2.5本节小结86
3.3钢-铝异种金属双焦点激光深熔焊
技术87
3.3.1试验材料、设备与方法87
3.3.2工艺参数对焊缝成形的影响89
3.3.3焊缝成形对力学性能的影响90
3.3.4接头组织及断裂行为92
3.3.5本节小结99
参考文献100
第4章钢-铝异种金属固相焊技术101
4.1钢-铝异种金属旋转摩擦焊技术101
4.1.1试验材料与方法102
4.1.2界面热-力行为调控机理研究103
4.1.3界面演变113
4.1.4界面反应层形成机理129
4.1.5本节小结132
4.2钢-铝异种金属搅拌摩擦焊技术132
4.2.1焊接方法简介132
4.2.2试验材料与方法133
4.2.3焊接工艺研究134
4.2.4本节小结145
4.3钢-铝异种金属电磁脉冲焊技术146
4.3.1焊接方法简介146
4.3.2试验材料与方法146
4.3.3焊接工艺研究147
4.3.4焊接接头微观结构与形成机理150
4.3.5本节小结156
4.4钢-铝异种金属箔片汽化冲击焊
技术156
4.4.1焊接方法简介156
4.4.2试验材料与方法157
4.4.3焊接接头界面形貌研究158
4.4.4焊接接头力学性能研究162
4.4.5焊接接头形成机理研究163
4.4.6本节小结164
参考文献165
第5章钢-铝异种金属钎焊技术166
5.1钢-铝异种金属钎焊材料166
5.1.1Sn-Zn系钎料167
5.1.2Al-Si系钎料170
5.1.3Zn-Al系钎料171
5.2钢-铝异种金属软钎焊技术172
5.2.1Sn-30Zn钎料高频感应钎焊钢-铝
异种金属172
5.2.2Sn-30Zn钎料激光钎焊钢-铝异种
金属179
5.2.3本节小结198
5.3钢-铝异种金属硬钎焊技术199
5.3.1Al-Si系钎料高频感应钎焊钢-铝
异种金属200
5.3.2Zn-Al系钎料高频感应钎焊钢-铝
异种金属211
5.3.3本节小结232
参考文献232
第6章钢-铝异种金属熔钎焊技术234
6.1钢-铝异种金属激光熔钎焊技术234
6.1.1钢-铝异种金属激光自熔钎焊234
6.1.2钢-铝异种金属对接激光填丝熔
钎焊242
6.1.3钢-铝异种金属气载钎剂式搭接
激光熔钎焊280
6.1.4本节小结292
6.2钢-铝异种金属激光-电弧复合熔钎焊
技术293
6.2.1工艺参数对焊接接头成形的
影响294
6.2.2焊接接头显微组织及力学性能296
6.2.3镀镍层对焊接接头成形及力学
性能的影响302
6.2.4镍-锌复合镀层对接头成形及力学
性能的影响304
6.2.5本节小结308
6.3镍过渡层钢-铝异种金属激光-电弧
复合熔钎焊技术309
6.3.1焊接接头显微组织及力学性能309
6.3.2镍过渡层对焊接接头性能影响
机制分析324
6.3.3本节小结329
6.4短纤维界面强化钢-铝异种金属
激光-电弧复合熔钎焊技术329
6.4.1激光增植短纤维过程及短纤维与
熔池相互作用行为330
6.4.2焊接接头显微组织及力学性能334
6.4.3短纤维状界面结构对金属间化合物
和接头强韧性的影响341
6.4.4本节小结343
6.5钢-铝异种金属激光熔钎焊数值
模拟344
6.5.1焊接温度场数值模拟344
6.5.2焊接应力、应变场数值模拟351
6.5.3本节小结366
参考文献366
第7章钢-铝异种金属新型点焊
技术368
7.1钢-铝异种金属回填式搅拌摩擦点焊
技术368
7.1.1焊接原理368
7.1.2焊接接头特征369
7.1.3宏观表面特征369
7.1.4连接模式370
7.1.5非嵌合连接模式接头力学性能370
7.1.6嵌合连接模式接头力学性能372
7.1.7接头断裂行为374
7.1.8本节小结374
7.2钢-铝异种金属摩擦塞-铆复合点焊
技术375
7.2.1焊接原理375
7.2.2焊接装备376
7.2.37075铝合金/Q235钢摩擦塞-铆
复合点焊工艺379
7.2.47075铝合金/DP980钢摩擦塞-铆
复合点焊工艺384
7.2.5本节小结392
7.3钢-铝异种金属电阻凸焊技术392
7.3.1电阻凸焊的热源392
7.3.2焊接原理393
7.3.3焊接接头微观组织特征393
7.3.4焊接参数对焊接接头微观组织的
影响396
7.3.5焊接参数对焊接接头力学性能的
影响397
7.3.6接头断裂行为399
7.3.7本节小结400
参考文献400