北京
多材料结构设计是航空航天、汽车船舶、军工国防等高端装备制造领域实现轻量化的重要手段，通过集成不同材料的性能优势，可以更好地平衡制造成本、减重与强度要求。其中，铝/钢复合结构有效结合了铝合金低密度、高比强度和耐腐蚀性的优势，同时保留了钢优异的机械强度、加工性能和成本效益。
然而，在铝/钢复合结构制造时，传统点连接技术存在固有局限。现有的点焊方法因Fe-Al热物理性能与冶金相容性差异较大，界面处易生成脆性金属间化合物（IMCs），导致接头强度低、可靠性较差。而自冲铆接（SPR）、流钻螺钉（FDS）、无铆钉连接（Clinching）等机械连接方式虽避免了IMCs生成，并可提供较高静力学性能，但接头密封性差，且难以适用于超高强度钢。铆焊复合连接技术则通过将二者结合，有效实现机械互锁与冶金结合协同作用，成为实现铝/钢异种金属可靠连接的关键技术。
近日，南昌航空大学高端装备极端制造技术江西省重点实验室陈玉华教授团队在材料领域顶级期刊《Journal of Manufacturing Processes》上发表题为《Riveting-welding hybrid joining technologies of aluminum to steel: A review》的系统性综述。研究团队围绕电阻铆焊、摩擦铆焊、激光铆焊三大类主流铆焊连接技术，系统分析不同工艺的连接机理、工艺优化方案及接头组织性能，横向对比了各类铆焊技术的优缺点，并对未来发展方向进行展望。此项成果进一步完善了铝/钢异质复合构件的制造技术体系，为相关工艺的产业化落地提供了重要的理论支撑。
论文连接：
https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2026.08.001
文章系统综述电阻、摩擦、激光三大类铆焊复合连接技术的研究进展，详细阐述各类方法的工艺流程和特点，深入分析关键参数对微观组织与力学性能的影响。针对电阻铆焊，细分为电阻单元焊（REW）、电阻铆钉焊（RRW）、主动排液辅助点焊（AE-RSW），三类工艺分别通过机械预制孔、一步热穿刺、主动排出熔融铝的方式实现冶金界面转换，外加磁场辅助、添加中间层或调整铆钉材料成分等方法可实现对接头熔核组织、IMCs厚度与拉剪力学性能的调控。对于摩擦铆焊，按照是否提前预制孔划分为两大分支，预制孔摩擦铆焊借助无针搅拌工具完成连接，冶金结合程度相对较弱；无预制孔摩擦铆焊利用铆钉旋转实现穿透与固相连接，在强热-力耦合作用下接头微观组织呈现梯度特征，铝夹杂或铆钉涂层会影响界面结合；激光铆焊包含单一脉冲激光与激光-电弧复合两种热源方案。激光-电弧复合热源可更有效地调控热输入，改善熔池形态与IMCs分布。文中汇总多组工艺的拉剪载荷数据，并从优缺点、板材搭接形式、典型适配板厚、工业化成熟度等维度横向对比全部复合连接技术，最后从界面组织调控、热力耦合机理、协同承载模型、智能在线检测、新型工艺发展多个层面，提出铝/钢铆焊复合连接领域未来重点研究方向。
图1 传统铝/钢点连接技术
图 2 铝/钢铆焊连接技术
【结论】
1.铆焊复合连接技术依靠铆钉/连接件实现机械互锁，配合焊接形成冶金结合，可有效应对铝/钢异种金属连接时脆性金属间化合物（IMCs）过度生长难题，相比单一连接方式，接头峰值拉剪载荷和延展性能实现显著提升，为轻量化铝/钢构件制造提供高效可靠的方案。
2.三类技术在热源特性和关键控制参数方面存在差异。电阻铆焊依靠焦耳热和电极力，需要电-热-力参数的协调。摩擦铆焊利用摩擦热和轴向搅拌，其核心控制要求为协调热-力耦合作用。基于激光的方法采用精确的局部热输入来形成熔池，其流动行为决定了内部IMCs的分布。铆钉/元件作为共有因素，决定穿透过程、界面冶金结合和互锁强度，共同体现了机械互锁和冶金结合的协同效应。
3.电阻铆焊可兼容现有电阻点焊设备，REW已实现工业化，但预制孔工序降低生产效率，RRW简化工序却存在铝板软化与熔核孔洞等问题，AE-RSW会产生铝液飞溅；摩擦铆焊为固态连接，整体热输入更低，IMCs可控性更优，无预制孔的FEW工艺商业化成熟度高，但需要专用高精度力控设备，铆钉定制成本较高；激光铆焊热输入精准、工件热变形小，激光-电弧复合热源可优化熔池形貌与IMCs分布，但激光设备投入成本高，且需预制孔、装配定位精度要求高。
4.当前铝/钢铆焊技术仍存在共性科学问题：无法完全消除Fe-Al金属间化合物；热-力耦合下材料流动、温度与应力演变尚不清晰；缺少定量模型区分机械互锁与冶金结合各自对接头承载力的贡献；量产场景缺少成熟的在线质量监测与性能预测手段。后续研究应聚焦IMCs精准控制策略、热力耦合数值模拟、协同承载定量力学模型搭建、引入机器学习、多传感融合等技术，同时迁移并发展P-FSR、SSFR等新兴工艺，加速轻量化多材料连接技术产业化落地。
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
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