综述：钛/铝异种金属激光焊焊缝中金属间化合物形成控制的研究综述

《Welding in the World》：A review on controlling the formation of intermetallic compounds in Ti/Al dissimilar metal laser weld seams

本综述系统阐述了通过调控激光焊接热输入、焊前预处理与焊后热处理（PWHT）以及添加中间层（interlayer）等策略，有效控制钛/铝（Ti/Al）异种金属激光焊接头界面脆性金属间化合物（IMC）的形成，为提升航空航天及交通运输领域轻量化构件连接质量提供了关键理论与技术路径。

　　

钛合金（Ti alloy）和铝合金（Al alloy）作为两种重要的轻质金属，在航空航天与交通运输领域具有广泛的应用前景。将二者连接形成Ti/Al接头，能够综合发挥各自优异性能，显著降低构件重量与制造成本。在众多连接技术中，激光焊接凭借其高能量密度、快速加热与冷却以及高温停留时间短等独特优势，被认为在实现Ti/Al异种金属高质量连接方面潜力巨大。

然而，Ti/Al激光焊接面临严峻挑战。首要问题源于钛与铝二者物理性质（如热膨胀系数）和晶体结构存在显著差异，导致焊接后接头内容易产生较大的残余应力，进而为裂纹的萌生与扩展提供了条件。更为关键的是，钛和铝在室温下相互溶解度极低，冶金相容性差。焊接过程中，在界面处极易生成TiAl₃、TiAl等脆性金属间化合物（Intermetallic Compounds, IMCs）。这些IMCs的存在会急剧增加接头的脆性，使其在受力时极易发生脆性断裂，严重制约接头性能。

因此，有效调控界面IMCs的形成被视为提升Ti/Al激光焊接头质量的核心途径。当前研究主要从以下三个方面展开：

激光焊接热输入

热输入是影响IMCs形成的关键工艺参数。过高的热输入会导致熔池温度过高、液态铝与固态钛界面反应时间延长，从而促进IMCs层过度生长增厚，恶化接头性能。通过精确控制激光功率、焊接速度等参数，实现低热输入焊接，可以抑制界面反应剧烈程度，获得薄而连续的IMCs层，有利于改善接头力学性能。

焊前预处理与焊后热处理

焊前预处理如对钛或铝表面进行适当的清洁、打磨或涂层处理，可以改善界面润湿性，为获得良好的冶金结合奠定基础。焊后热处理（Post-Weld Heat Treatment, PWHT）则是一种重要的IMCs调控手段。通过选择合适的热处理温度与时间，可以促使已形成的IMCs发生相变或重熔，使其形态从连续片层状转变为弥散颗粒状，从而有效缓解其脆性危害。但需严格控制工艺，避免IMCs二次过度生长或产生新的有害相。

中间层

在钛与铝之间引入合适的中间层（Interlayer）是控制IMCs最为有效的策略之一。常用的中间层材料包括纯金属（如钒V、铜Cu、镍Ni、银Ag）或其合金。中间层的作用机理主要体现在：1） 作为扩散屏障层，阻隔钛、铝原子的直接互扩散；2） 与钛或铝反应生成自身塑性较好的IMCs，替代脆性的Ti-Al系IMCs；3） 缓解因热膨胀系数不匹配引起的残余应力。通过合理设计中间层的成分与厚度，能够显著优化界面微观结构，获得强韧兼备的焊接接头。

尽管在IMCs调控方面已取得显著进展，但仍面临诸多挑战，例如对IMCs形成与生长的动力学机理认识尚不深入，多场耦合作用下界面行为的精确模拟与预测仍有困难，以及开发新型高效、低成本中间层材料等。未来研究应致力于深化界面反应基础理论研究，发展原位观测技术，并探索复合调控新方法，以期实现Ti/Al激光焊接头性能的进一步提升，推动其在高端装备制造中的更广泛应用。