异种材料连接新方法

    异种材料连接是制造业广泛关注的话题，尤其是在汽车行业使用轻型材料，如镁合金、铝合金等，有助于减少车身重量、提高燃料效率和减少温室气体排放量。
    镁、铝合金之间的熔焊会产生不良的脆性金属间化合物，影响焊缝的质量。这一情况促使人们改善现有技术并研发异种材料连接的新方法。TWI激光和板材加工组已成功完成了异种材料连接新方法第一阶段的研发工作。
    这项工作是通过焊接两片相同材质的板材，利用其间产生的焊点锁住它们之间的其他材料实现的。在TWI的试验中，将钻孔后的镁薄板夹在两片铝薄板之间。
    在镁薄板开孔的正上方，用3kW   Nd:YAG激光在上层铝薄板表面进行激光点焊（图1）。

    Fig.1. Configuration of the weld
    图1  焊缝结构
    a) Spatial view    立体图
    b) Cross sectional view through the hole   
    通过镁板开孔看到的局部断面图
    激光束将两片铝薄板熔焊在一起，它们之间的镁薄板被上下两片铝薄板间形成的焊点联锁在一起，利用机械接头方式，实现了异种材料连接。
    对产生的接头会进行剪切试验，最好的接头的剪应力可达到铝/铝焊缝剪应力的70%。在接头强度方面，TWI下一步的工作是通过使用填充材料增加接头强度，以防止常见的顶端焊点下沉（如图2）。

    Fig.2. Top view of a sample with two spot welds
    图2　试件俯视图

    在追求低成本连接轻型零部件和车辆的方法中，采用生成机械接头的激光加工处理将是一项有用的武器。这种方法不仅局限在铝/镁材料连接上，也可用于任何成对出现的异种材料的连接。