Alumiiniseoksella on erinomaiset ominaisuudet, kuten alhainen tiheys, hyvä korroosionkestävyys ja korkea sähkön- ja lämmönjohtavuus. Alumiiniseoksen käyttö teräksen korvaamiseen voi vähentää huomattavasti hitsattujen rakenteiden painoa. Teräksellä on sen sijaan hyvät hitsattavuus ja mekaaniset ominaisuudet. Alumiini-teräshitsattuja rakenteita on käytetty laajalti teollisuudessa, kuten autojen ja laivojen valmistuksessa.
Alumiinin sulamispiste on 660 astetta, mikä on 700-900 astetta matalampi kuin teräksen. Hitsauksen aikana alemman sulamispisteen alumiini sulaa ensin, kun taas teräs pysyy sulamattomana. Alumiinin ja teräksen välisen merkittävän tiheyseron vuoksi sulassa altaan alumiinilla on taipumus kellua teräksen päällä, mikä johtaa epätasaiseen koostumukseen hitsissä jäähtymisen jälkeen. Alumiinin ja teräksen lineaarilaajenemiskertoimen suuri ero voi myös aiheuttaa hitsausliitokseen huomattavan jäännösjännityksen, joka voi aiheuttaa hitsaushalkeamia.
Luotettavan alumiini-teräsliitoksen saavuttamiseksi on tarpeen voittaa alumiinin ja alumiiniseosten pinnalla olevan oksidikalvon estävä vaikutus liitoksessa sekä estää tai vähentää hauraiden metallien välisten yhdisteiden muodostumista alumiiniseosten ja teräksen välisessä rajapinnassa. Nykyiset hitsausmenetelmät ovat:
1. Painehitsaus
Painehitsaus on menetelmä, jolla hitsaus saatetaan päätökseen kohdistamalla työkappaleisiin hitsausprosessin aikana painetta. Alumiinin ja teräksen hitsauksessa yleisiä menetelmiä ovat räjähdyshitsaus, magneettipulssihitsaus, kitkasekoitushitsaus ja diffuusiohitsaus.
2. Fuusiojuotto
Erilaisten alumiini-teräsmateriaalien fuusiojuotto yhdistää sekä sulahitsauksen että juottamisen ominaisuudet. Hitsausprosessin aikana alumiiniseos ja täytemetalli sulavat ja jähmettymisen jälkeen sitoutuvat toisiinsa muodostaen fuusiohitsauksen; teräs ei sula, ja sula täytemetalli imeytyy ja täyttää kiinteiden osien välisen raon kapillaaritoiminnalla. Nestemäinen täytemetalli diffundoituu ja liukenee teräksen mukana ja muodostaa jähmettymisen jälkeen vahvan juotetun liitoksen mahdollistaen erilaisten metallien alumiiniseoksen ja teräksen liittämisen.
3. Juotos
Erilaisten alumiini-teräsmateriaalien juottamiseen kuuluu täytemetallin sijoittaminen hitsattujen osien väliseen rakoon. Kuumennus sulattaa täytemetallin sulattamatta perusmetalleja. Nestemäinen täytemetalli tunkeutuu kiinteiden osien rakoihin ja jäähtyessään ja jähmettyessä muodostuu vahva liitos.
Kolmesta alumiini-teräksen erilaisten materiaalien hitsausmenetelmästä painehitsaus- ja juotosprosesseilla voidaan saada aikaan alumiini-teräsliitoksia, mutta niillä on tiettyjä rajoituksia työkappaleiden kokoon ja muotoon liittyen, ja tuotannon tehokkuus on alhainen. Fuusiojuotto voi hallita alumiinin ja teräksen välisiä hauraita metallien välisiä yhdisteitä täytemetallin kautta. Erityisesti laserlanka-syötetyllä sulatusjuotuksella on ominaisuuksia, kuten alhainen lämmöntuotto, suuri hitsausnopeus ja helppo automatisointi, mikä mahdollistaa korkealaatuisten, tehokkaiden sulatusjuotosliitosten tuotannon laajalla käyttömahdollisuudella.
