日前，来自美国俄亥俄州立大学的研究小组对外宣布成功研发出了一种蒸汽铝箔焊接法（VFAW，Vaporized Foil Actuator Welding）。该全新的焊接方法与传统焊接工艺相比可以降低超过80%的能量消耗，同时焊接的强度也可以提升50%。

　　全新的蒸汽铝箔焊接方法的推出对于汽车行业而言具有非同寻常的意义。由于目前汽车行业对轻量化设计的需要越来越多，那么这也就意味着在同一辆汽车中需要同时应用多种材料，那么不同材料之间的连接问题就成了问题的关键所在。例如常规材料的钢材零件有时候需要与轻量化设计的铝合金零件进行焊接，而传统的焊接工艺根本无法满足焊接的要求。而通过以上全新蒸汽铝箔焊接方法就可以很好地解决这个问题。

　　俄亥俄州立大学材料科学与工程方面的教授Glenn Daehn作为以上全新蒸汽铝箔焊接法研究小组的参与者与领导者，其在2015年材料科学与工程技术国际大会上就该技术的具体工作过程发表了讲话。而此次材料科学与工程技术国际大会是由美国陶瓷学会、钢铁技术协会、先进半导体材料国际组织以及矿物、金属材料协会共同组织举办的。
 

美研发蒸汽铝箔焊接方法应用汽车业 
 

　　Glenn Daehn表示尽管目前材料创新方面取得了大幅的进步，但是按照现有的焊接工艺来说新材料的焊接加工问题是目前最为关键的难点。因为按照传统的焊接工艺新材料在焊接加工过程中可能会因为过热或重塑过程而降低材料原有的特性。

　　在目前常用的电阻点焊中，用户需要为待焊接金属通入一个较大的电流，在这种大电流情况下金属自身带有的阻抗就会因此发热，而通过发热就可以将金属加热到熔融状态从而达到焊接的目的。然而电阻点焊需要大电流就意味着焊接过程需要消耗的能量就会较大，同时由此得到的焊接焊缝的力学性能一定不可能达到与原材料相同的性能表现。

　　在过去的十几年中，Glenn Daehn与其研发小组成员针对以上问题进行了大量的研究工作。截止至今Glenn Daehn领导的研究小组针对以上蒸汽铝箔焊接方法已经成功申请到了超过6份的技术专利。

　　全新蒸汽铝箔焊接法具体工作原理为：先将两块待焊接金属紧密叠放，然后再在两侧分别放置超薄的导电体，再接通高压电流，在接通电流的一瞬间导电体温度会急剧上升从而达到沸点的温度从而蒸发，导电体蒸发产生的巨大热气冲力会将金属向彼此的方向按压，最终两块金属便焊接在了一起。在该焊接过程中两种金属的原子发生了重新排列，彼此嵌套，因此焊接部位的牢固程度可以提升50%。

　　同时由于高压电流的施加时间为一瞬间，因此该焊接过程所消耗的能量也可以大幅降低约80%。在以上Glenn Daehn研究小组研发推出的全新蒸汽铝箔焊接法中采用了一个高压的电容器和超薄的铝箔。其中通过高压电容器就可以产生一个持续时间很短的超高压电流脉冲，该高压电流脉冲持续时间大约仅维持在几毫秒，而就在这几毫秒内超薄的铝箔会因为高压电流的作用蒸发，而由此产生的巨大的热气冲力就可以将两种金属紧紧地焊接结合到一起。在此过程中两者相对运动的速度竟可以达到数千英里/小时。由于在以上焊接过程中并不会产生金属熔融的过程，因此焊接的焊缝也并不会因此而损失一些原有的力学性能。与此相反的是在该焊接过程中两种金属的原子会进行重新排列最终彼此嵌套，因此焊接部位的牢固程度可以得到大幅的提升。

　　以上全新蒸汽铝箔焊接法由于在焊接时所需要的电流脉冲持续时间非常短，所以其需要消耗的能量也更少。同时铝箔蒸发所需要的能量与金属熔融需要的能量相比也要少很多，所以全新蒸汽铝箔焊接法更加节能环保。

　　截止至目前，Glenn Daehn领导的俄亥俄州立大学研究小组已经成功对铜、铝、镁、铁、镍和钛等金属材料分别进行了排列组合焊接实验。由实验可知，采用以上全新蒸汽铝箔焊接法焊接得到的普通碳钢与铝的焊接部位以及高强度钢与铝的焊接部位连接的非常牢固，其焊接部位的力学性能与原材料相比还提高了许多。

　　全新蒸汽铝箔焊接法在进行焊接的过程中还可以同时进行零件整形工作，这样一来就可以为进一步为制造厂商节约成本。对此，Glenn Daehn与其领导的研究小组希望可以与制造厂商建立合作关系从而共同研发利用该先进的焊接方法。关于以上与制造厂商建立合作关系的提议最终将需要得到俄亥俄州立大学技术商业化办公室的批准。

　　蒸汽铝箔焊接法项目得到了美国能源部和美国国家科学基金会的赞助支持，同时该项目也是美国国家科学基金会一期商业化项目的合作范例。此外该项目还得到了俄亥俄州的全力赞助支持，除以上外该项目还得到了俄亥俄州高等教育部的赞助支持。

责任编辑：李玲珊

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