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表2-1 铁与铝的物理参数比较
由铝铁二元相图可见 ，铝与铁既能形成固溶体、金属间化合物，也能形成共晶体。铁在固态铝中的溶解度极小，在225—600℃，铁在铝中的固溶界限量(质量分数，以下同)为0．01-0．022% ，在共晶温度652℃时，铁在铝中的溶解度为0．53% ，在室温下，铁完全不溶于铝中。含有微量铁的铝合金，冷却过程中出现金属间化合物FeA1 的结晶(Al 59．19%)。含铁量在1.8%时，在652℃形成Al+FeA1 的共晶体。随着铝合金中含铁量的增加，相继出现下列化合物：Fe2Al7(Al 62．93% )；Fe2A15(Al 54．71% )；FeA12(Al 49．13%)；FeA1(Al 32．57%)等。
图2-3 铝铁二元相图
由于铝合金中铁通常以金属间化合物的形式存在，严重影响了它的力学性能和加工性能。由此可见铝中加入铁会提高铝合金的极限强度和硬度，并显著降低铝的塑性，含铁8-10% 的铁铝合金塑性已变得很差，含铁量越高，铝合金就越脆，对焊接性影响就越大。室温下，铝在铁中溶解度比铁在铝中的溶解度大600倍，室温下铝在铁中的溶解度可达32% ，而在1232℃时则为35% ，但含铝量超过3%时具有较大的脆性，将严重影响其焊接性。由以上分析可以看出，铝与钢直接熔焊困难很大，而且焊接质量难以保证。铝及铝合金与钢的物理性能相差很大，性能的差异是导致铝与钢焊接性较差的主要原因。铝与钢的熔点相差很大，焊接时低熔点的铝先熔化，此时钢件仍处在固体加热状态，而且两者的密度相差很大，当钢完全熔化后，液态铝浮在钢水上面，冷却结晶后焊缝成分不均匀，使得焊接接头的性能降低。铝与钢的热导率、线膨胀系数相差悬殊，焊接过程中接头处产生很大的热应力，增加了裂纹倾向。此外，铝高温时容易氧化，形成高熔点的Al203，A1203。既能形成焊缝夹渣，又直接影响焊缝的熔合。
表2-2 铝铁各项物理性能
2.2 焊接设备
本实验使用的是法国SAF公司出产的双丝焊焊机，主丝使用的是直径1.6mm的铝焊丝，辅丝使用的是直径1.2mm的钢焊丝，母材是普通的Q235钢板，目的是为了用双丝焊在母材表面堆焊出Fe3Al层 。因为Fe3Al合金成本低廉，抗高温氧化，耐热腐蚀性也很好，但Fe3Al的室温塑性差，高温强度低。在钢基体上堆焊Fe3Al层是为了充分利用Fe3Al合金优异的高温抗氧化性以及耐腐蚀性能，又可以避免Fe3Al层塑性差的弊端。