钢铝转换接头

23楼的风

在空分、液化天然气、石油化工、航天等领域，奥氏体不锈钢、铝合金有着日益广泛的应用。如何将这两种脾气、习性完全不对路子的材料结合在一起，困难可想而知。


梳理国内外现状可以看出，目前钢铝连接，工程上主要采用两种方法：一种是将各自材料制成法兰，依靠螺栓联结在一起；另一种是钢铝焊接接头形成过渡。对于空分、液化天然气这种低温应用场合，螺栓联结可靠性远远不能满足工程需要，因而焊接过渡形式成为首选方式。
然而，钢铝焊接并非坦途一条。无论是钎焊、熔焊还是压焊，总是存在这样那样的问题难以克服。


针对钢铝焊接存在的问题和难点，本研究组选择扩散焊工艺手段，以大尺寸、高可靠性钢铝转换接头为目标，深入开展相关工艺及性能评测工作并在以下几个方面获得关键性突破。

1、消除了接头脆化问题

钢铝接头中Fe3Al型金属间化合物是接头脆化的根源。我们的工艺完全杜绝了金属间化合物的产生，从源头上消除了脆化的风险。而且，钢铝之间有显著的元素扩散，这是获得高结合强度界面的保证。



2、高可靠性

考察钢铝扩散焊接头的拉伸性能可以发现，接头断在铝侧，说明钢-铝界面结合强度高，二者之间并非单纯的机械咬合。



3、优异的耐高温性能

钢铝接头因为自身结构的特点，在两端与各自的材料焊接时，接头失效的风险很大。如钢铝爆炸焊接头结合面在施焊时温度一般控制在200℃×30min以下，法国T＆C公司的钢铝接头hothopping工艺对温度更加敏感，结合面应控制在150℃以下使用。我们钢铝焊接接头经过400℃×20min的热处理后，接头试样同样断在铝合金母材位置。说明钢铝结合面性能并没有退化。



目前，我们开发的焊接工艺适合各种尺寸的钢铝接头，而且接头尺寸越大，工艺优势越显著。





中国科学院金属研究所热管理材料及工艺研究组以先进热管理系统为核心，开展相关材料、技术、结构等方面的应用基础研究和产品开发工作。

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