Stopy aluminium mają doskonałe właściwości, takie jak niska gęstość, dobra odporność na korozję oraz wysoka przewodność elektryczna i cieplna. Stosowanie stopów aluminium w celu zastąpienia stali może znacznie zmniejszyć ciężar konstrukcji spawanych. Z drugiej strony stal ma dobrą spawalność i właściwości mechaniczne, dlatego konstrukcje spawane ze stali-aluminiowej są szeroko stosowane w takich gałęziach przemysłu jak motoryzacja i stocznia.
Aluminium ma temperaturę topnienia 660 stopni, czyli o 700-900 stopni niższą niż stal. Podczas spawania najpierw topi się aluminium o niższej temperaturze topnienia, podczas gdy stal jest jeszcze stała. Ze względu na znaczną różnicę w gęstości pomiędzy aluminium i stalą, aluminium w roztopionym jeziorku ma tendencję do unoszenia się na wierzchu stali, co może powodować nierówny skład spoiny po schłodzeniu. Duża różnica współczynników rozszerzalności liniowej pomiędzy aluminium i stalą prowadzi również do dużych naprężeń szczątkowych w złączu spawanym, co może skutkować pęknięciami spawalniczymi.
Aby uzyskać niezawodne połączenie aluminium-stalą, konieczne jest przezwyciężenie efektu barierowego warstwy tlenku na powierzchniach aluminium i stopów aluminium oraz zapobieganie lub ograniczanie tworzenia kruchych związków międzymetalicznych na styku aluminium-stal. Istniejące metody spawania to:
1. Zgrzewanie ciśnieniowe
Zgrzewanie ciśnieniowe to metoda spawania, w której na obrabiane elementy wywierany jest nacisk (z ogrzewaniem lub bez) podczas procesu spawania w celu zakończenia spoiny. Podczas spawania aluminium i stali powszechnie stosowane metody obejmują zgrzewanie wybuchowe, zgrzewanie impulsowe magnetyczne, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem i zgrzewanie dyfuzyjne.
2. Lutowanie lutowane
Lutowanie twarde różnych materiałów ze stali-aluminiowej łączy w sobie cechy zarówno spawania, jak i lutowania twardego. Podczas procesu spawania stop aluminium i spoiwo topią się, a po zestaleniu łączą się, tworząc spoinę; w międzyczasie stal nie topi się, a roztopiony metal wypełniający jest wciągany i wypełnia szczelinę pomiędzy częściami z litej stali poprzez działanie kapilarne. Ciekły wypełniacz i stal dyfundują i rozpuszczają się w sobie, a po zestaleniu tworzą mocne połączenie lutowane, umożliwiające połączenie stopów aluminium i stali o odmiennych metalach.
3. Lutowanie
Lutowanie różnych materiałów ze stali-aluminiowej polega na umieszczeniu spoiwa w szczelinie złącza i podgrzewaniu go do momentu stopienia, podczas gdy metale nieszlachetne nie topią się. Ciekły metal wypełniający przedostaje się następnie do szczeliny stałych przedmiotów, a po ochłodzeniu i stwardnieniu tworzy mocne połączenie.
Spośród trzech metod spawania odmiennych materiałów ze stali-aluminiowej, zgrzewanie wtłaczane i lutowanie twarde umożliwiają połączenie stali-aluminiowej, ale wiążą się one z pewnymi ograniczeniami dotyczącymi rozmiaru i kształtu elementów obrabianych, a wydajność produkcji jest niska. Lutowanie fuzyjne może kontrolować kruche związki międzymetaliczne pomiędzy aluminium i stalą poprzez metal wypełniający. W szczególności lutowanie topione drutem laserowym- charakteryzuje się niskim dopływem ciepła, dużą szybkością spawania i łatwością automatyzacji, co pozwala na uzyskanie-wydajnych połączeń lutowanych wysokiej jakości i o szerokich perspektywach zastosowań.
