專欄導讀

現代科技發展對產品性能提出了輕量化、多功能、極端環境服役等更多要求，單一材料很難勝任，采用焊接與連接的方法制備異種材料構件（如陶瓷/金屬、陶瓷基復合材料/金屬、異種金屬、塑料/金屬與金屬/金屬間化合物等），可以充分發揮不同材料各自的優點，滿足多方面性能要求，在航空航天、核能、電力電子、化工、船舶、能源、汽車、高速鐵路、家電等國家重大需求與國民經濟主戰場領域有著重要的應用前景，因此異種材料的焊接與連接備受關注。然而異種材料之間的物理、化學、力學性能差異大，冶金相容性差，界面反應和接頭應力調控過程復雜，對實現其高質量焊接與連接提出了挑戰。

《機械工程學報》編輯部特邀哈爾濱工業大學曹健教授、西北工業大學李文亞教授、上海交通大學李永兵教授和哈爾濱工業大學李淳教授擔任客座編輯，共同策劃出版“異種材料焊接與連接”專欄，廣邀本領域專家學者結合自身科研實踐，介紹最新研究進展、總結學科發展脈絡及面臨的挑戰，在廣泛開展學術交流，促進科研成果傳播的同時，吸引更多的青年科學工作者參與，不斷推動我國焊接與連接事業的發展。專欄共收錄論文13篇，本期推送后7篇。專欄已于《機械工程學報》2024年22期正式出版。

客座專家團隊

曹健，哈爾濱工業大學教授/博導，主要從事新材料與異種材料連接研究工作，主持國家杰出青年科學基金等項目，獲得四項國家級和省部級科技獎勵。發表學術論文150余篇，授權國家發明專利30余項。兼任中國機械工程學會焊接分會副總干事、中國有色金屬學會焊接與連接專業委員會副主任委員及機械工程學報、焊接學報、Acta Metallurgica Sinica、Chinese Journal of Mechanical Engineering等期刊編委。

李文亞，西北工業大學材料學院教授，博士生導師，國家級領軍人才，陜西省摩擦焊接工程技術重點實驗室主任。主要從事先進固相連接技術研究。榮獲國家自然科學二等獎、陜西省科學技術一等獎、二等獎等學術獎勵。在國內外知名期刊物發表第一或通訊作者SCI論文240余篇，WOS他引10000余次；授權發明專利39件。擔任國際期刊Welding in the World、Welding International副主編，International Journal of Minerals Metallurgy and Materials學科編輯，Additive Manufacturing、Journal of Materials Science & Technology、Science and Technology of Welding and Joining、焊接學報、中國表面工程、表面技術等期刊編委。

李永兵，上海交通大學特聘教授，上海市復雜薄板結構數字化制造重點實驗室主任。主持教育部新世紀優秀人才計劃、國家優青、國家杰青、國家重點研發計劃等項目，獲機械工業技術發明一等獎、上海市科技進步一等獎、美國焊接學會A.F. Davis Silver Medal Award、Charles H. Jennings Memorial Award等獎勵。兼任國家重點研發計劃高性能制造技術與重大裝備重點專項總體專家組成員、中國機械工程學會焊接分會副總干事、Journal of Manufacturing Processes副主編及Chinese Journal of Mechanical Engineering、Science and Technology of Welding and Joining、焊接學報等期刊編委。

李淳，哈爾濱工業大學教授/博導，主持國家自然基金面上項目等課題，作為核心人員參與了基金委航天聯合基金重點項目等重大課題；發表SCI收錄論文50余篇。授權國家發明專利8項。任中國有色金屬學會先進焊接與連接專業委員會委員、焊接雜志社青年編委。

01

Al0.3CoCrFeNi高熵合金與YG15硬質合金釬焊接頭組織及力學性能研究

引用格式:王鵬程, 李錦政, 劉維瀚, 陳海燕, 李文亞. Al0.3CoCrFeNi高熵合金與YG15硬質合金釬焊接頭組織及力學性能研究[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 86-93.

論文亮點：

• 解決高熵合金耐磨性不足的問題：AlxCoCrFeNi系高熵合金雖然具備優異的韌性和耐腐蝕性，但硬度低、耐磨性差限制了其應用。研究通過釬焊方法，將YG15硬質合金與Al0.3CoCrFeNi高熵合金結合，旨在制備兼具高韌性與高硬度的復合構件，以適應摩擦磨損等惡劣服役環境；

• 釬焊溫度對接頭組織和力學性能的影響：實驗表明，焊縫中心組織以Ni(s,s)為主，高熵合金側形成擴散區，硬質合金側生成W(s,s)相。隨著釬焊溫度升高，接頭的剪切強度先增大后減小，最佳工藝參數為1 080 ℃/10 min，此時剪切強度可達354 MPa，失效位置主要位于焊縫靠近硬質合金母材處；

• 成功實現高熵合金與硬質合金的釬焊連接：研究證明了BNi2釬焊方法的可行性，成功獲得YG15/Al0.3CoCrFeNi復合構件，為極端復雜服役環境下高熵合金/硬質合金復合材料的制備提供了新的思路。

閱讀全文：

02

FeCuNiTiAl高熵合金中間層連接鋁/鈦異種金屬電阻點焊接頭的組織與力學性能

引用格式:喬宇, 曹睿, 南灝, 閆英杰. FeCuNiTiAl高熵合金中間層連接鋁/鈦異種金屬電阻點焊接頭的組織與力學性能[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 94-105.

論文亮點：

• FeCuNiTiAl高熵合金改善Ti/Al異種金屬焊接：在TC4鈦合金表面預先激光熔覆FeCuNiTiAl高熵合金可有效改善潤濕性，并避免Ti-Al金屬間化合物的形成，從而提升焊接接頭的質量和性能；

• 焊接參數對接頭性能的影響：隨著焊接電流和焊接時間的增加，熔核直徑增大，但由于鋁板的減薄效應，接頭的抗拉剪載荷呈先上升后下降趨勢。當焊接電流為3.0 kA、焊接時間為1.0 s時，接頭抗拉剪載荷達到峰值4.1 kN，比傳統Ti/Al接頭提高19.07%；
  

• 焊接接頭的斷裂模式分析：接頭斷裂主要表現為鋁/HEA界面剪切撕裂斷裂、焊點周圍“紐扣”狀斷裂以及焊點邊緣沿母材斷裂。大多數接頭在鋁母材側斷裂，表明采用FeCuNiTiAl HEA作為中間層可有效提升6061鋁合金與TC4鈦合金的點焊接頭強度，焊接質量良好。

閱讀全文：

03

鈦/鋁異種金屬攪拌摩擦焊接數值模擬與金屬間化合物層的演變預測

引用格式:張賢昆, 石磊, 武傳松, 劉小超, 高嵩. 鈦/鋁異種金屬攪拌摩擦焊接數值模擬與金屬間化合物層的演變預測[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 106-115.

論文亮點：

• 焊接速度影響高溫持續時間及金屬間化合物生長：焊接速度的變化對鈦/鋁攪拌摩擦焊的峰值溫度影響較小，但對高溫持續時間影響顯著。低焊速（15 mm/min）條件下的高溫持續時間是高焊速（60 mm/min）的四倍，從而導致金屬間化合物（IMCs）增厚；

• 高焊速易導致未焊合缺陷：在高焊速條件下，焊縫底部材料流動不充分，成為未焊合缺陷的主要原因，影響焊接質量。這表明優化焊接速度對確保充分材料混合和界面結合至關重要；

• 模擬模型的準確性驗證：基于流體動力學和固相擴散理論的模擬研究成功預測了溫度場、材料流動和IMCs生長趨勢，并通過試驗測溫、TMAZ邊界測量及IMCs厚度測量驗證了模型的準確性，為鈦/鋁異種金屬攪拌摩擦焊工藝的優化提供了理論依據。

閱讀全文：

04

釬料成分及釬焊溫度對Ti2AlNb與GH4169合金釬焊接頭組織性能的影響

引用格式:張振陽, 王景寬, 李鵬, 王銀晨, 李超, 張亮亮, 董紅剛. 釬料成分及釬焊溫度對Ti2AlNb與GH4169合金釬焊接頭組織性能的影響[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 116-129.

論文亮點：

• 高熵非晶釬料優化Ti2AlNb/GH4169合金焊接界面：基于界面相容性原則，設計了(TiZrHf)50(NiCu)45Al5高熵非晶釬料，使Ti元素與Ni元素比例接近1:1，以減少焊接接頭的殘余應力和TiNi脆性金屬間化合物，提高接頭可靠性；

• 釬料成分與釬焊溫度對接頭組織演變的影響：不同釬料成分影響釬縫II區的相組成，例如(TiZrHf)30(NiCu)65Al5釬料形成(Ti, Zr)(Ni, Cu, Al)2相和Al(Ni, Cu)2Ti相，而(TiZrHf)40(NiCu)55Al5釬料主要形成(Ti, Zr, Hf)(Ni, Cu)相。同時，釬焊溫度的變化導致釬縫II區厚度先減小后增加，影響接頭的微觀組織和力學性能；

• 優化工藝提升接頭剪切強度：當采用(TiZrHf)50(NiCu)45Al5釬料并在1 035 ℃/15 min條件下焊接時，接頭剪切強度達到最大值305 MPa。斷裂模式隨釬焊溫度升高從母材/釬料界面轉移至釬縫II區，并呈現解理斷裂特征。研究提出焊接界面組織的形成機制包括固態擴散、液相生成與冶金反應、等溫擴散凝固及反應物相生長與演變四個階段。

閱讀全文：

05

鋁/鋼攪拌摩擦釬焊連接機理及疲勞性能研究

引用格式:申志康, 王波, 楊益, 管月輝, 周平, 侯文濤, 樸鐘宇, 劉小超, 黃國強, 楊夏煒, 陳海燕, 田艷紅, 李文亞, 李會軍. 鋁/鋼攪拌摩擦釬焊連接機理及疲勞性能研究[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 130-138.

論文亮點：

• 利用鍍鋅層優化鋁/鋼攪拌摩擦焊接頭的冶金結合：攪拌摩擦焊通過其低溫、大塑性變形特性，僅在鋁合金上板中進行攪拌，并利用鍍鋅層作為中間層材料，防止鋁與鋼直接接觸，從而抑制金屬間化合物的生成，提高界面結合質量；

• 鋁/鋼界面形成典型的鋁-鋅固溶體組織，剪切強度穩定：鍍鋅層在焊接過程中發揮釬料作用，在鋁/鋼界面的返回側聚集，在前進側形成鋁-鋅固溶體。焊縫中心的鋅被擠出，并在界面處形成納米尺度的Fe3Al和Fe4Al13。焊接接頭的剪切強度可達333.8 N/mm，延伸率達到11.33%，表現出較高的力學性能；

• 接頭疲勞性能優異，疲勞應力水平影響失效模式：鋁/鋼攪拌摩擦釬焊接頭在不同疲勞應力水平下呈現三種失效模式：高應力水平下發生鋁/鋼界面斷裂，中等應力水平下表現為混合斷裂，而低應力水平下則出現母材斷裂和界面斷裂。在2.64 kN的疲勞應力水平下，接頭經歷2×10?次循環仍未斷裂，顯示出優異的疲勞耐久性。

閱讀全文：

06

超聲振動輔助鋁/鋼電阻點焊接頭形成機理研究

引用格式:任寶凱, 周亢, 王剛. 超聲振動輔助鋁/鋼電阻點焊接頭形成機理研究[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 139-152.

論文亮點：

• 超聲縱向振動優化鋁/鋼電阻點焊熔核形成：超聲振動輔助電阻點焊（US-RSW）通過降低接觸電阻、增強熔融金屬的電導率和熱導率，使鋁/鋼雙熔核尺寸明顯減小，并促進鋼板向鋁板的隆起高度增加，同時拓展了鋁/鋼的有效接合面積；

• 抑制界面金屬間化合物（IMCs）和焊接缺陷，提高接頭質量：超聲振動有效降低了界面化合物層的厚度，減少焊接過程中產生的缺陷，如孔洞或不均勻界面層，從而提高焊接接頭的完整性；

• 提高接頭力學性能，增強抗拉剪能力：拉剪試驗表明，超聲振動輔助電阻點焊后的接頭表現出鋁側紐扣拉出失效模式，相比于常規電阻點焊工藝，峰值拉剪載荷提高了48.68%，顯著增強了接頭的強度和可靠性。

閱讀全文：

07

Al/Cu超聲波焊接界面晶粒形貌與斷裂機制

引用格式:柳健, 劉龍, 方文俊, 郭志明. Al/Cu超聲波焊接界面晶粒形貌與斷裂機制[J]. 機械工程學報, 2024, 60(22): 153-164.

論文亮點：

• 焊接參數之間的關系：焊接能量和峰值頻率分別隨焊接時間和焊接振幅的增加呈線性增長，表明優化焊接參數可有效控制焊接質量。；

• 固相連接機制與界面微觀組織變化：在焊接壓力和高頻微動摩擦作用下，鋁板和銅板成功實現固相連接。鋁側界面微觀組織表現出均勻分布的位錯，并發生動態再結晶，形成大量等軸晶粒，其織構由{001}<100>轉變為剪切織構{111}<110>，且織構強度減小，而純銅側的微觀組織未發生顯著變化，未形成新的位錯，但織構強度有所增加；

• 焊接接頭力學性能提升：通過優化結構形式，Al/Cu接頭的斷裂模式由焊接區域邊緣斷裂轉變為鋁板自身斷裂，顯著提高了接頭的力學性能，增強了焊接質量和可靠性。

閱讀全文：

責任編輯：杜蔚杰

責任校對：張 強

審 核：張 強

JME學院簡介

JME學院是由《機械工程學報》編輯部2018年創建，以關注、陪伴青年學者成長為宗旨，努力探索學術傳播服務新模式。首任院長是中國機械工程學會監事會監事長、《機械工程學報》中英文兩刊主編宋天虎。

歡迎各位老師掃碼添加小助理-暖暖為好友，由小助理拉入JME學院官方群！

歡迎關注JME學院視頻號~

尋覓合作伙伴

有一種合作叫做真誠，有一種發展可以無限，有一種伙伴可以互利共贏，愿我們合作起來流連忘返，發展起來前景可觀。關于論文推薦、團隊介紹、圖書出版、學術直播、招聘信息、會議推廣等，請與我們聯系。

感謝關注我們！我們《機械工程學報》編輯部將努力為您打造一個有態度、有深度、有溫度的學術媒體！

版權聲明：

本文為《機械工程學報》編輯部原創內容，歡迎轉載，請聯系授權！

在公眾號后臺留言需要轉載的文章題目及要轉載的公眾號ID以獲取授權!

微信投稿、轉載等：

聯系人：暖暖

電話：010-88379909

E-mail：jme@cmes.org

網 址：http://www.cjmenet.com.cn

官方微信號：jmewechat