上海工程技術大學材料科學與(yu) 工程學院與(yu) 上海市激光智能製造及質量檢測專(zhuan) 業(ye) 技術服務平台的科研人員綜述報道了鋁/鋼異種材料激光焊接及金屬間化合物控製研究進展。相關(guan) 論文以“Laser welding of aluminum/steel dissimilar metals and control of intermetallic compounds: a review”為(wei) 題發表的《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。

在汽車輕量化背景下，鋁/鋼異種材料焊接是實現減重目標的有效途徑。由於(yu) 二者物理化學性質差異顯著，焊接過程中易形成脆性金屬間化合物（IMCs），直接影響接頭力學性能。本文係統綜述了鋁/鋼激光焊接中IMCs的形成機製，重點闡述了通過熱輸入控製和填充材料添加在激光深熔焊與(yu) 激光熔釺焊中抑製IMCs的最新研究進展。同時探討了激光-電弧複合焊接（LAHW）、激光輔助攪拌摩擦焊（LAFSW）等先進激光焊接技術的應用，歸納了數值模擬技術在鋁/鋼激光焊接研究中的運用，並展望了未來研究方向。

圖1Fe-Al二元相圖

圖2Fe/Al IMCs演化機製

圖3界麵中心IMCs的EBSD分析：(a)物相分布；(b)取向成像；(c)能帶對比

圖4(a)焊接裝置；(b)激光深熔焊原理；(c)激光偏移0.3mm時Al/Fe接頭界麵的EBSD相圖；(d1~i1)焊接速度0.6-1.2m/min時對接接頭界麵IMC層微觀結構；(d2~i2)激光偏移0.3-0.7mm時界麵IMC層演變

圖5(a)鋁鋼激光焊接示意圖；(b,c)接頭拉伸性能與(yu) 顯微硬度；(d,e)未添加/添加Ni箔的斷口形貌

圖6(a)雙光束激光焊接原理；(b)焊接示意圖；(c)單光束激光焊搭接接頭形貌；(d)雙光束焊接接頭形貌

圖7(a)無Ni鍍層焊縫宏觀形貌；(b)5μm Ni鍍層焊縫；(c)10μm Ni鍍層焊縫；(d)接頭XRD分析 

圖8(a)鋁鋼激光熔釺焊示意圖；(b)焊縫-鋼界麵觀測區；(c~e)純Al焊絲(si) 接頭微觀結構；(f~h)Al5Si焊絲(si) 接頭；(i~k)Al12Si焊絲(si) 接頭

圖9富鋅區微觀組織與(yu) 元素分布

圖10(a)脈衝(chong) 激光-電弧複合焊接流程；(b)磁場輔助激光-MIG複合焊實驗裝置

圖11激光焊接熱源模型

圖12(a,b)雙光束焊接原理；(c)瞬態小孔模型；(d)有無磁場時熔池截麵溫度曲線；(e)磁場下熔池流體(ti) 流速

圖13(a~d)晶粒/亞(ya) 晶結構的模擬與(yu) 實驗對比；(e~h)胞晶向枝晶的演化過程

鋁/鋼異種材料激光焊接是汽車輕量化設計的關(guan) 鍵技術，但二者物性差異導致的脆性IMCs會(hui) 損害接頭性能。現有研究通過兩(liang) 方麵控製IMCs：

1.工藝調控：優(you) 化焊接參數降低熱輸入，縮短界麵反應時間以調整IMCs厚度、成分與(yu) 分布特征；

2.合金化設計：添加填充材料參與(yu) 熔池冶金反應，有效抑製Fe-Al相形成；

盡管上述方法一定程度提升了接頭強韌性，目前仍無法完全消除IMCs。未來研究應聚焦以下方向： 

1.高熵合金中間層開發：通過多組元協同效應抑製Fe-Al IMCs，結合高通量實驗篩選最優(you) 成分；

2.智能實時調控係統：融合機器學習(xi) 算法動態調整焊接速度、功率、光斑偏移量等參數，實現IMCs厚度精準控製；

3.原子尺度界麵設計：采用分子動力學模擬研究Fe/Al界麵原子擴散行為(wei) ，構建梯度納米結構界麵緩解應力集中；

4.超快激光-電弧複合技術：利用飛秒/皮秒激光超短脈衝(chong) 降低熱輸入，結合電弧深熔優(you) 勢實現IMC層精確調控；

5.多尺度仿真分析：宏微觀模擬結合深化接頭形成機製認知，提升缺陷預測能力；

6.工程服役性能研究：開展實際工況下接頭長期性能評估，保障焊接結構安全可靠性。

論文鏈接：

Li, Q., Yang, S., Hu, B. et al. Laser welding of aluminum/steel dissimilar metals and control of intermetallic compounds: a review. Int J Adv Manuf Technol (2025).https://doi.org/10.1007/s00170-025-15425-x