《Materials Today Advances》：Dissimilar laser welding of high-entropy alloys: A systematic review of microstructure and mechanical performance
摘要：高熵合金（HEAs）的异种激光焊接是一种先进的连接制造方法，具有多种功能组合和工程系统中的实际适用性。然而，化学成分差异、冶金相容性不足、剧烈热梯度以及极高的凝固速率，使这类接头的微观组织、相演化、热影响区（HAZ）及力学性能调控变得复杂。本系统综述对现有异种激光焊接HEAs接头的证据进行了客观分析。研究人员基于预设检索策略，从权威科学数据库中筛选相关研究，并在满足纳入标准后，从合金类型、激光焊接工艺、接头特征、微观组织、相形成、HAZ及力学性能等方面对文献进行评估。结果表明，焊缝几何形貌、稀释率、熔池内混合模式、热循环以及接头两侧的合金成分，是决定相形成、晶粒形貌、尺寸与取向、HAZ宽度及断裂行为的关键因素。同时，热学与冶金学失配可引发偏析、脆性相形成、应力集中并降低接头强度。综述强调，工艺参数优化、微观组织控制以及对结构—性能关系的准确理解，是推动HEAs稳定化与工业化接头开发的必要条件。
1. Introduction：高熵合金（HEAs）通常定义为由多个主元素组成的多主元合金，一般包含5种或以上主要元素，且元素含量接近等原子比或非等原子比，其中不存在单一元素主导整体成分。早期定义强调严格等原子组成，而近期研究已将其扩展到更宽的成分空间，突出的是成分复杂性而非精确化学计量比。该认识反映了HEAs设计策略的持续演进及其面向目标性能优化的适应性。成分自由度的提高也带来了复杂的局域原子构型和化学非均匀性，这些因素会在加工和凝固过程中显著影响相稳定性与动力学路径。过去二十年中，HEAs重塑了合金设计原则，形成了基于五种或更多主元素近等原子组成的新范式。与传统以一到两种主要组元为主导的合金不同，HEAs依靠高构型熵稳定简单固溶体相（面心立方（FCC）、体心立方（BCC）或密排六方（HCP）），并抑制脆性金属间化合物形成。不过，越来越多证据表明HEAs的局域原子结构并非完全随机，短程有序（SRO）可在快速凝固中自发形成，并影响FCC多主元合金中的层错能、位错迁移及变形机制。这种内在热力学优势赋予其高强度、延展性、断裂韧性以及优异耐磨、耐蚀等综合性能。除构型熵外，组元原子尺寸失配引起的严重晶格畸变也通过阻碍位错运动和激活多滑移系，进一步强化HEAs。除了基础科学意义，HEAs还被视为未来技术的重要材料类别，因其成分灵活性可面向极端环境设计，如航空推进、核反应堆和能源转换装置。将HEAs与增材制造、机器学习和深度学习结合，也有助于复杂高性能构件的可靠制备。近期合成策略表明，多元素固溶体的形成受动力学因素强烈支配，即使在低温或非平衡条件下也可获得高熵材料。因此，HEAs有望在能源可持续、资源高效与先进工程应用中发挥关键作用。
在HEAs家族中，等原子CoCrFeMnNi合金（Cantor合金）是具有代表性的基准体系，因其稳定的单相FCC结构和在宽温域、尤其是低温条件下优异的力学性能而备受关注。其机械稳健性由位错滑移、机械孪生和固溶强化共同控制，而这些机制对加工过程中的热演化和组织演化极为敏感。近期研究还表明，这类合金中的局域化学有序和晶格畸变可显著影响位错形核、加工硬化行为以及外载或热循环作用下的组织演化。与此同时，TiVNbTa、TiZrHfNbTaW和NbTaTiVW等难熔高熵合金（RHEAs）被用于高温环境，兼具较高极限抗拉强度（UTS）与热稳定性，但由于本征脆性和较高熔点，制造与焊接性能面临挑战，例如难熔BCC高熵合金可能表现出明显的温度依赖断裂行为和延脆转变特征，直接影响其服役与加工可靠性。随着研究走向实际应用，HEAs与不锈钢或Al合金等常规工程合金的集成，成为构建低成本、多功能结构系统的重要路径，尤其适用于核电、航空、海洋和先进能源领域。然而，这类异质组合需要采用异种连接技术，同时尽量保留各自材料的优势。由于多主元体系中的成分梯度、原子尺度化学非均匀性及局域晶格畸变会显著影响扩散、相演化和界面缺陷形成，焊接过程中的异种连接难度进一步增加。在这一背景下，激光束焊接（LBW）成为HEAs异种连接的前沿技术，其高能量密度、精确热控制、快速凝固和较小热影响区（HAZ）等优势，有助于获得更优焊缝质量，并减少偏析、热裂及金属间化合物析出等常见缺陷。然而，HEAs复杂的原子尺度特征在快速热循环下还会引入局域化学有序演化、应变诱导结构失稳，甚至在极端弹性应变下发生非晶化等现象。尽管类似HEA接头方面已有较多成果，HEA与常规合金的异种组合研究仍处于起步阶段，对熔合区（FZ）微观组织、相形成及其力学响应的认识仍有限。因此，理解HEAs本征特征（如SRO、严重晶格畸变、相形成动力学与应变诱导结构转变）如何与激光焊接的快速热梯度和凝固动力学相互作用，对于发展可靠的异种连接策略至关重要。
2. Novelty and contributions：
2.1. Research gap：尽管HEAs冶金行为研究取得显著进展，但现有关于激光焊接的知识，尤其是HEAs与不锈钢、镍基高温合金、钛合金及难熔金属的异种接头，仍以描述性研究为主，较少关注机理分析以及工艺—组织—性能关系。由于HEAs热力学和动力学复杂性高，包括宽凝固区间、不对称分配系数和极高热梯度，这些因素会加剧严重微偏析、枝晶间脆性相形成、高残余应力、气孔和小孔（keyhole）不稳定等现象。然而，现有相当一部分研究仅停留在组织描述或硬度、强度数据报告层面，较少对这些现象的机理及其研究空白进行分析。最重要的缺口之一，是该领域缺乏低温（20–77 K）力学数据。虽然HEAs被提出用于液化天然气（LNG）系统、液氢、空间结构和低温能源设备，但现有研究几乎都只报道了室温拉伸性能。与此同时，研究指出微偏析、Nb/Ti富集析出相的稳定性以及粗大柱状晶会在低温下诱发裂纹并使接头易发生脆性断裂。未来研究应重点关注疲劳行为、断裂韧性、裂纹扩展和冲击测试，并结合数字图像相关（DIC）和电子背散射衍射（EBSD）基础上的核平均取向差（KAM）测量。第二个缺口是熔池行为缺乏多维建模。现有研究尚未对热传导、流体流动、元素蒸发、小孔振荡及凝固路径进行真实模拟。考虑到HEAs的多元素特性及其对热梯度/生长速率（G/R）的敏感性，有必要将CALPHAD、计算流体动力学（CFD）与相场方法协同整合，并结合高速熔池成像和红外测温等原位数据验证。第三个缺口是元素偏析和二次相缺乏定量三维分析，尤其是在含Laves相、B2相、Ti富集金属间化合物或自旋分解纳米结构的焊接接头中，需要通过TEM层析等技术建立三维浓度图谱并关联断裂机制。第四个缺口是微观组织控制研究明显不足，例如摆动激光焊接（wobble laser welding）和光束整形可改变凝固路径及偏析模式，但尚未充分用于HEAs焊接。研究摆动振幅/频率及其对G/R、枝晶形貌和裂纹敏感性的影响应成为优先方向。最后，从成分选择到残余应力分析的多尺度设计缺失，阻碍了HEA接头的工业化发展。将HEA热物性数据与CALPHAD、多轴残余应力分析和热—机械耦合建模整合，可望推动稳定可靠异种接头的开发。
2.2. Scope and novelty of the current review：本系统综述的创新性在于，将HEAs异种激光焊接从零散实验报道提升到分析性、比较性与机理导向的框架中。尽管已有关于激光焊接、HEA冶金及部分同种/异种接头的研究，但在合金体系、接头设计、工艺参数、微观组织特征及力学性能指标等方面的证据仍然分散、异质且难以直接比较。据作者所述，尚无此前聚焦于HEAs异种激光焊接的系统性综述，能够同时从微观组织演化、元素混合、相形成、缺陷敏感性、硬度变化、拉伸响应和焊接性等方面整合证据。因此，本文旨在对既有结果进行比较式整合，形成当前知识状态的分析性批判地图，识别冶金与方法学不确定性，并为合金设计、激光工艺优化及可靠异种HEA接头开发提供更清晰的路径。
3. Methodology：本研究采用系统框架对HEAs异种激光焊接领域的文献进行识别、筛选和数据分析，以透明、可靠的方式综合既有知识。
3.1. Study selection criteria：纳入标准的核心是文献需与HEA体系中由激光焊接形成的异种接头直接相关，并提供可用于分析的具体技术数据，包括基体合金类型、工艺条件、FZ特征、HAZ状态、相演化、焊缝几何或接头力学性能。为保证时效性，检索偏重近年研究，但若较早文献具有重要机理或冶金价值亦予纳入。与HEA异种激光焊接无关、数据不足或无法用于微观组织/工艺/力学比较的研究未进入主数据集。与此同时，部分HEA同种激光焊接、MEAs激光焊接，以及常规合金激光焊接文献被用于解释混合行为、凝固特征、相形成、元素再分配和力学响应等机理，但仅作为辅助证据。
3.2. Information sources and search strategies：研究通过结构化检索从索引科学数据库中识别，重点关注材料科学、冶金、制造和连接技术领域的权威期刊。检索词围绕高熵合金、异种激光焊接、焊接接头、焊缝微观组织、相演化、热影响区、焊缝几何与力学性能等概念组合构建。初步筛选显示，直接涉及HEA异种激光焊接的研究数量仍然有限，因此经过初筛后，最终确认的直接证据也较少，每篇均代表一种不同的异种接头。
3.3. Study selection and screening process：筛选分为多个步骤。首先审阅题目和摘要，识别主题与激光焊接、HEAs及异种接头相关的文献；随后阅读全文，判断信息是否足够且可靠，能够纳入主分析。符合标准的研究需明确涉及HEAs异种激光焊接，并至少报告基体材料类型、工艺条件、FZ特征、HAZ状态、相组成或力学性能中的一项或多项。最终纳入8篇主文献，对应8种不同的异种接头。另有少量相关研究用于补充和解释机理。
3.4. Data extraction and synthesis：数据从全文、表格、图形、显微组织图像及其他技术信息中提取，内容包括连接合金类型、异种接头性质、激光焊接参数、焊缝几何、FZ和HAZ组织特征、相演化证据及力学性能结果。数据以接头为单位组织，以减少零散描述、增强比较性。对于部分未直接提供定量值的研究，在图像质量允许时，从图表、显微照片或比例尺中估算HAZ宽度、FZ尺度及部分几何/力学参数；对模糊或不可可靠解释的数据则不作为定量结论依据，仅用于支持总体趋势。
3.5. Quality appraisal and risk of bias considerations：由于焊接与材料工程领域报告方式异质，风险偏倚评估采用定性方式，关注报告透明度、数据完整性、工艺参数清晰度、微观组织记录质量、冶金观察与力学响应的整合能力，以及定量/视觉信息的可靠性。对于信息不完整或分析不一致的研究，使用时更为谨慎；从图像中估算的数据也被视为潜在不确定性来源。作者对J1至J8各接头分别评估了报告质量与不确定性来源，重点看关键数据（如板厚、激光类型、焊接模式、激光功率、焊速、光斑尺寸、脉冲持续时间、焊缝几何、HAZ状态和力学数据）是否直接报告或需由图像估算。该评价反映的是报告完整性和比较置信度，并不等同于实验设计存在必然缺陷或结果无效。
3.6. Data synthesis approach：由于直接研究数量有限、合金成分差异显著、接头设计各异、工艺条件不一，以及微观和力学结果的报告方式不统一，本文主要采用定性、比较和分析性综合。重点是比较J1至J8接头，识别FZ特征、HAZ行为、相与微观组织演化、焊缝质量、力学性能及工艺参数作用中的共同趋势与显著差异。该方法旨在构建工艺—组织—性能之间的关系，而非进行定量Meta分析。
3.7. Certainty of evidence：证据置信度依据结果层面的定性评估确定，考虑报告完整性、研究间一致性、证据直接性和数据来源可靠性。由于直接研究数量少且异质性高，虽然可识别一些稳定趋势，如工艺条件对FZ组织、HAZ变化和力学响应的影响，但不适合对所有数据进行同等置信度的定量概括。因此，本文结果应理解为基于最佳现有证据的分析性综合，而非完全同质数据的统计汇总。
4. Dissimilar joints of HEA and common metals：HEAs与常规金属的异种接头在航空航天、能源、汽车和化工领域具有重要意义，原因在于其高机械强度和热稳定性。评估这类接头行为时，需要综合数值模拟、宏观与微观表征以及断口分析，以揭示微观组织、力学行为与断裂机制之间的关系。
4.1. Numerical, macroscopic, and microscopic investigations：激光焊接中，Rosenthal方程可用于估算热分布、脉冲强度和冷却速率，但在异种焊缝中，尤其是HEA与常规金属之间，热物性差异和热膨胀系数不匹配会使问题更加复杂，因此Rosenthal模型应与实验结合。作者进一步围绕热输入、脉冲强度和冷却速率分析焊缝几何和组织演化，并汇总了各材料的热导率、密度、比热容与熔点等热物性参数。表中涉及CoCrFeMnNi、TiZrHfNbTa、316不锈钢、双相不锈钢（DSS）、Inconel 718、Ti6Al4V和C103等材料，显示不同体系在热导率、密度、比热和熔点上的差异，为后续热行为比较提供基础。另一表汇总了J1至J8不同接头的工艺参数、焊缝几何、HAZ尺寸和力学性能，用于分析热输入、冷却速率与焊缝形貌对组织和性能的影响。
4.2. HEA-steel dissimilar laser weld：J1至J3为CoCrFeMnNi HEA与316系列不锈钢的激光焊接。所有接头均呈现深熔小孔（keyhole）模式，且无气孔或裂纹，这与较高热输入和脉冲强度有关。FZ组织均由粗大柱状晶构成，晶粒尺寸大于50 μm，窄焊池限制了晶粒过度长大，同时激光焊接的高冷却速率使两侧HAZ保持较窄，晶粒粗化有限。HEA处于退火态时，HAZ中的晶粒长大较冷轧态明显减弱，说明HEA的初始组织状态会影响其HAZ行为，也会影响不对称热场在界面处的响应。冷轧HEA含有更高位错密度和储存能，从而为HAZ晶粒长大提供更大驱动力。J2的激光功率和脉冲强度显著高于J1和J3，使钢侧和HEA侧HAZ宽度均增大，这表明在异种HEA-316焊接中，高吸收热量会在快速凝固背景下仍导致HAZ扩大，说明热流的不对称分配在该体系中非常关键。
相稳定性方面，SAED与Scheil模拟显示J1至J3的FZ均以FCC固溶体为主，尽管存在化学混合，但FCC相仍稳定。对于316LN，基体中的BCC铁素体在焊接凝固过程中溶解，使FZ未形成双相结构。这与CoCrFeMnNi的高熵特征及其稳定单相FCC倾向一致。该优势可在宏观上抑制脆性金属间化合物，但在断口表面仍观察到极细小氧化物和碳化物颗粒，它们可能成为局部应力集中点，尤其在低温服役条件下更值得关注。
力学性能方面，J1至J3的屈服强度和UTS较高，但断裂应变有限，尤其J1（冷轧HEA）仅约5%。将HEA由冷轧态改为退火态后，J3的断裂应变提升至约10%，而强度未明显降低，说明焊前组织状态对塑性影响显著。J2通过改变激光类型和焊接模式，使接头强度接近基体强度的90%，且断裂应变最高。研究认为，这与更充分的成分均匀化和更细化组织有关，能够部分抵消粗大柱状晶和局部非均匀性的脆化作用，但屈服强度下降对高承载应用不利。总体上，HEA-316异种激光焊可获得无裂纹且强度较高的接头，但塑性受限，粗大柱状晶、微偏析和二次相统计分析不足，以及缺乏低温疲劳和断裂韧性数据，是主要不足。
J4与J5为CoCrFeMnNi HEA与DSS的焊接。功率对焊池几何形貌起决定作用：J4和J5因工艺设置不同，分别呈现keyhole和U形熔池。U形熔池使面部和根部焊宽由窄变宽，这不仅是形貌变化，也影响热流分布、温度梯度和熔池流体稳定性。keyhole几何下能量集中于深部，强化垂直热梯度和马兰戈尼对流；U形几何则使热分布更宽、更均匀。
热扩散率差异也显著影响HAZ宽度。J5中DSS侧热扩散率高于HEA侧，因此热量在DSS侧释放更快，导致其HAZ较窄。J4虽HEA侧冷却速率高于DSS侧，但DSS侧HAZ反而更窄，说明HAZ宽度并不单由冷却速率决定，还受热扩散和局部吸收影响。冷轧HEA表面粗糙度和氧化层可能增强激光吸收，或存在轻微偏焦向HEA侧，从而使HEA侧HAZ更宽。
在相与组织方面，Scheffler图分析表明FZ位于完全奥氏体区，凝固路径为A模式，未见明显有害金属间化合物。但仅凭该图和EDS线扫无法排除微尺度偏析或纳米析出，需要EBSD、TEM和CALPHAD进一步确认。快速凝固下，元素倾向在枝晶间富集，可能影响晶界能、相稳定性和热裂敏感性。J4因冷却速率高，组织更细小；J5则因热输入较大而形成柱状—胞状枝晶。力学上，J4的屈服强度和UTS高于J5，但断裂应变更低，体现了“强度—塑性”权衡。作者指出，单纯调节热输入不足以控制组织，需结合光束整形、脉冲调制和激光—电弧复合等手段优化熔池稳定性及偏析模式。
4.3. HEA-refractory alloys dissimilar laser weld：J6为CoCrFeMnNi HEA与Inconel 718的焊接。该体系的HAZ行为不能仅用焊缝形貌解释，而需结合热输入、基体热物性失配、凝固热力学及组织演化机理分析。结果显示HEA侧HAZ较Inconel侧窄，尽管HEA侧热扩散率更高，这源于两种基体热导率、密度和比热差异。热扩散差异不仅影响HAZ几何，也改变熔池内的局部热梯度和凝固速率，从而影响枝晶生长和元素分配。
高强度激光脉冲形成深小孔模式，有助于获得全熔透，但也使熔池对流复杂、化学混合强烈，尤其在HEA-Inconel多组元体系中更明显。CALPHAD热力学模拟表明，该体系凝固温差约200 °C，较宽的凝固区间通常降低宏观裂纹倾向，因此接头中未见明显裂纹或气孔；但较长的凝固时间为Nb等易偏析元素提供了更充分的再分配时间，从而形成NbC富集的Laves型颗粒。该类析出物硬度高、与FCC基体结合弱，在拉伸下易成为裂纹萌生与扩展点。J6具有较高的屈服强度和UTS，但断裂应变较低，表明Nb富集二次相显著限制成形性。因而，该类接头的主要冶金挑战不是熔深不足或凝固裂纹，而是快速凝固下元素偏析和脆性相形成的控制。
J7为CoCrFeMnNi HEA与Ti6Al4V的焊接，且使用了Cu填充层。提高热输入后熔池进入深熔小孔模式，焊缝深宽比增大并强化熔池对流。由于HEA侧热导率和密度约为Ti6Al4V侧的两倍，Ti6Al4V侧HAZ约比HEA侧宽40%，表现出明显的热响应不对称。Cu填充层并非普通填料，而是活性冶金中间层，可均衡熔池内热量和化学成分分布，避免在界面形成连续脆性金属间化合物层。未加填料时，HEA中转变元素与Ti直接反应，容易形成Ti-Fe或Ti-Ni等连续脆性相；加入Cu后，这些相转变为分散的Cu富集岛状分布，破坏了脆性相网络的连续性，减轻局部应力集中并提高断裂应变。
不过，激光焊接的快速凝固仍会导致严重偏析和非均匀枝晶生长，从而降低UTS。该接头的力学响应反映出三重耦合：热物性失配导致不对称热分布，Cu填料抑制连续脆性相形成，而快速凝固与元素偏析又引起异质枝晶组织和强度下降。作者认为，未来可探索其他金属填料或Cu基多元填料，并结合CFD-CALPHAD进行G/R分析，以更精准地调控组织。
J8为TiZrHfNbTa HEA与C103难熔合金的连接。6 kW功率和300 J/mm热输入在正离焦条件下形成了全熔透、X形截面接头。该几何形态源于两种基体在熔点和热导率上的显著不匹配，导致热场和熔池生长路径在两侧明显不同。宏观检查未见裂纹，但焊缝下部存在细小孔隙，是重要应力集中源。HEA侧形成窄HAZ和颗粒状组织，而C103侧由于热导率最高，热量快速传导，HAZ极窄甚至难以辨识。
焊缝金属由细小、同心排列的柱状晶组成，且为稳定BCC相。但主要问题是Nb富集的宏观偏析集中于熔池中心和底部，这种偏析源于两种基体液相线温度差异及熔池对流复杂性。即便为单相结构，宏观化学不均匀仍会削弱力学完整性。该接头的屈服强度和断裂应变尚可，但UTS受焊根孔隙限制。研究指出，提高脉冲强度可减弱Nb偏析，但会增加孔隙风险；降低脉冲强度可消除孔隙，却会加重宏观偏析，因此参数优化存在矛盾。总体上，J8可实现无裂纹、单相且稳定的冶金连接，但性能上限仍受焊根缺陷和基体C103较弱力学行为制约。
4.4. Fracture investigations：HEA异种接头的熔合区常具有复杂微观组织，控制裂纹萌生、变形机制和最终失效模式。因此，需要理解断裂行为以评估结构完整性。由于异种合金在凝固行为和元素扩散方面存在差异，再加上焊接过程中的高热梯度，会形成非均匀晶粒、局部化学偏析以及脆性相或析出相，使这类接头的断裂行为从完全脆性到高度延性不等。
文献中不同接头的断口特征各异。J1中断裂完全发生于FZ，且为脆性断裂，原因是粗大柱状晶导致断裂应变很低并产生应变集中。J2中断裂同样发生于FZ，但靠近HEA侧，断口呈现大量韧窝，属于完全延性断裂；其邻近断裂区组织为拉长晶粒、位错丰富并伴随孪生活动，说明变形机制以位错滑移为主并伴有一定机械孪生，这与较高脉冲强度、热输入和更快冷却带来的更细凝固组织及更高化学均匀性有关。J3的断裂仍位于FZ，但呈韧窝与解理混合特征，说明粗大柱状晶仍引起应变集中，不过焊前退火提高了应变均匀性，使断裂应变较J1翻倍。
J4在FZ发生半韧-半脆断裂，断口浅而分散的韧窝表明热输入吸收有限、断裂应变偏低，主要由FZ组织不均与粗晶生长导致。J5同样在FZ断裂，但为完全延性断裂，深而均匀的韧窝说明热输入吸收充分，U形焊池几何和FCC组织共同提高了断裂应变。J6中断裂表现为韧脆混合，细小韧窝反映塑性变形，但Nb富集的Laves析出相集中应力并导致突然断裂，说明这些脆性相限制了延性。
HEA-Ti6Al4V无填料时，连续金属间化合物层使焊接过程中就易产生裂纹，无法获得无裂纹接头；加入Cu填料后，Cu富集岛破坏了脆性相的连续性，焊接过程中不再直接断裂，但最终断裂仍多发生于Ti6Al4V侧FZ附近，表明基体侧微裂纹仍是弱点。J8中断裂发生在C103基体而非FZ外，说明焊缝与HAZ强度足够，断口表现为多个韧窝和局部缩颈，FZ未见明显脆化或裂纹，但Nb宏观偏析仍是其限制因素。
总体而言，HEA与常规金属的异种接头中，热场控制和熔池凝固动力学决定了微观组织路径与断裂行为。热梯度高时易形成柱状定向枝晶，而降低G/R比值有利于等轴晶形核。摆动激光焊接通过增强熔池搅拌、改善化学混合、降低偏析和抑制脆性金属间相连续层形成，可促使断裂机制从界面主导转向体内主导，但其效果依赖于成分、填料与热—冶金过程的精确协同优化。
4.5. Solidification and microstructural challenges in HEA welding：HEA焊接，无论同种还是异种，都比普通合金更复杂。这种复杂性来自多元化学组成、熵稳定性、非平衡凝固行为以及微观到宏观尺度上的热物性不连续。第一项挑战是凝固行为和相稳定性。以单相FCC的CoCrFeMnNi为例，高混合熵有利于稳定固溶体，但激光焊接的快速凝固会引发非平衡微偏析并形成枝晶和柱状晶组织。类似CoCuFeMnNi在焊态时FZ呈枝晶结构，而经1000 °C固溶处理后，枝晶被消除并发生再结晶，组织转为更等轴且均匀的晶粒。相比之下，AlCoCrFeNi
2.1这类共晶HEA在BM、HAZ和FZ中均维持FCC+BCC层状结构，焊接主要改变晶粒尺寸和织构，FZ因热循环不平衡而更细化。这与不锈钢和镍基高温合金相比更复杂，因为后者的固/液界面和凝固域通常更简单。
第二项挑战是元素偏析和二次相形成，这在HEA中尤为严重。CoCrFeMnNi与奥氏体不锈钢、双相钢或Inconel 718的异种接头中，Nb、Mo、Ti等难熔元素或分配系数不同的元素会局部富集，并形成Laves相、碳化物或其他脆性相。即便在相对简单的CoCrFeNiMn焊缝中，也可出现B2纳米颗粒，使FZ硬度由BM的约153 HV升至约208 HV。CoCuFeMnNi焊后的时效处理则可引入自旋分解形成的纳米螺旋结构，在不改变晶粒形貌的前提下提升强度。
第三项挑战是HAZ和焊池中的晶粒长大与织构演化。在HEA-316或HEA-DSS等异种接头中，由于温度梯度极高且热导率差异明显，熔池常呈X形或U形不对称，导致G/R显著变化，从而在焊池内形成粗大柱状晶，在其他区域形成胞状或等轴晶。AlCoCrFeNi
2.1接头中，FZ织构与BM不同，出现α与γ纤维织构组合，虽然保持FCC+BCC结构，但FZ细化使UTS提高至约1200 MPa，但断裂应变下降，且断裂呈混合脆延性。焊后固溶处理能够破坏枝晶并激活再结晶，减小固化残余应力，使BM/HAZ/FZ硬度分布更均匀。
此外，熔点和热导率差异强烈影响小孔动力学和熔池稳定性，增加了气孔、热裂和界面脆性相裂纹源的敏感性。为解释这些复杂现象，CALPHAD、Thermo-Calc和Scheil模拟是预测相稳定性、凝固范围及Nb、Ti、Cu、Al等元素偏析的关键工具；CFD和热传导模型可用于分析熔池形状、温度分布及G/R；EBSD可用于晶粒形貌、尺寸和织构分析；TEM则用于纳米二次相和自旋分解结构识别。作者还建议结合摆动/调制光束、激光—电弧复合焊及焊后热处理（PWHT）等方法，实现熔池对流、偏析和缺陷的工程化控制。
4.6. Analysis of laser welding processes in HEAs：在HEA焊接发展中，激光源类型和工艺条件对最终微观组织、焊接缺陷与力学性能具有决定性作用。研究中主要使用连续光纤激光和脉冲Nd:YAG激光。光纤激光或连续LBW被广泛用于HEA-316LN、HEA-DSS、HEA-Inconel、HEA-Ti6Al4V和HEA-C103等体系。以HEA-316LN为例，连续光纤激光在较高功率和适中焊速下实现无缺陷焊接、窄HAZ、高冷却速率，以及FZ和HAZ中无有害析出、偏析和凝固裂纹，这归因于高温下较高的元素溶解度、较小凝固区间及受控热输入。HEA-DSS中使用连续LBW同样获得全熔透、合适焊池几何及无气孔/无裂纹接头。
对于单相CoCuFeMnNi，LBW可形成非平衡凝固枝晶组织并伴随残余应力，因此常需焊后固溶和再结晶以改善性能。脉冲Nd:YAG激光则通过精确调控脉宽和峰值功率来控制温度峰值、保持小孔稳定并减少气孔，但脉冲热模式仍可能导致FZ柱状晶生长。总体而言，光纤激光具有深熔、速度高、HAZ窄和适合通过光纤传输等优势，尤其适用于异种接头；脉冲Nd:YAG则在峰温精确控制和防止过热方面更具优势。无论哪种激光方式，其共同特点是低热输入、高冷却速率和小HAZ，因此总体上优于TIG或MIG等弧焊方法。
5. Conclusions：HEAs异种激光焊缝表现出明显的组织特征：熔合区因陡峭热梯度而形成细小柱状枝晶，HAZ邻近区域则易出现较粗的晶粒长大。虽然这些组织可提供较高接头强度，某些情况下可达基体强度的90%，但断裂应变往往有限，且断裂通常发生在具有粗大柱状晶、相偏析和高应力集中的FZ中。尤其在含Nb合金的焊接中，Laves析出物显著降低断裂韧性。研究还揭示若干冶金和研究空白，例如高激光功率下HAZ宽度与冷却速率可同时增大，这一矛盾现象无法用简单一维导热模型解释，提示需要考虑熔池内三维传热与对流。固溶体稳定性与化学计量脆性相形成之间也存在冲突，要求采用更精确的机理模型研究焊接凝固、流体流动和基体混合。
当前亟需引入先进表征技术以进行相与应变映射，并利用CALPHAD预测快速凝固条件下的相选择；同时需要多维热—流体与相场建模来评估熔池动力学和缺陷形成。还可通过有针对性的合金设计，如调控成碳元素与活性元素、添加细晶化元素，来控制凝固路径和缺陷生成。最终，通过计算和实验的协同解决这些问题，有望推动异种HEA接头的工业化生产。
