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第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

2

铝/钢异种金属先进连接与工程化应用关键技术基础

高水平论文；发明专利；专著

兰州理工大学

石玗，曹睿，王希靖，朱明，林巧力，乔及森，樊丁，张忠科，张昌青，张刚，顾玉芬

2014-2016

针对新能源汽车轻量化所涉及的横梁总成、车身壳体、传动轴等结构部件和冶金装备电解铝导电杆等关键部件制造中铝/钢异种金属连接工艺机理、界面行为、组织演化、冶金物理过程及接头损伤、性能评价与调控等共性基础科学问题，本团队开展了系列研究，获得了重要的研究成果：

（1）研究了铝/钢异种金属激光、CMT、脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊和摩擦焊过程中热源特性和工艺过程对传热传质、界面形成、组织演化的影响机制，建立了基本反映实际过程的热力耦合数值计算模型，明确了Al-Fe金属间化合物的生成厚度、形态及界面分布及Al液态金属在钢表面的润湿铺展能力决定了异质接头的力学性能和导电特性。针对特定工程应用需求，试验规范结合理论计算结果确定了铝/钢薄板搭接结构、铝/钢大截面对接连接结构和铜/钢连接结构的焊接优化工艺窗口。

（2）研究了不同工艺条件下的异种金属焊接接头力学性能以及静、动载荷下的变形、损伤、起裂及最终断裂的全过程，建立了接头的失效模型和断裂判据-接头界面所生成的Al-Fe金属间化合物层厚度<10m，揭示了异质接头动载失效机制是因焊接热源作用下界面金属间化合物层靠近母材区域发生过时效，为结构设计，安全评定提供理论依据。接头断裂失效相关研究形成专著一部《Micromechanism of Cleavage fracture of metals》，奥地利科学院Erich Schmid材料研究所副所长Pippan教授认为，此书的内容及所描述的物理模型填补了国际上断裂力学在微观物理模型上的空缺；美国橡树岭国家实验室冯智力教授认为在微观物理模型上解析断裂的机制，在工程实践中具有重要的指导意义。

（3）为满足异种金属焊接结构的工程化应用需求，建立了从工艺机理-微观组织与界面特征-宏观性能-质量控制与性能调控之间完整的理论和方法体系。

（4）本团队所研究的CMT先进连接技术、脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊技术已分别在美国通用汽车车身壳体铝/钢结构部件、东风汽车零部件横梁总成铝钢结构件焊接中获得应用，为企业实现车身轻量化、节能降耗解决了一系列异种金属焊接方法和工艺难题。同时，开发的大截面铝/钢异种金属摩擦焊接工艺方法在中国铝业连城铝厂实现了电解铝阳极导杆与阳极钢爪直接连接，接头强度较传统焊接提高20%，节能30万度/吨电解铝。