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江苏激光联盟导读：
本文介绍了高熵合金的焊接方法和焊接机理 。
1.1.1.EBW参数对焊缝性能的影响EBW的参数主要包括焊接加速、波束电流和加速电压 ， 有必要研究这些因素的影响 。 目前 ， EBW在HEAs的焊接中的应用很少 。 吴等人进行纵向冷轧和退火 ， 以改善CrMnFeCoNiHEAs的微观结构 ， 然后对这种合金进行EBW 。 研究了室温（293K）和低温（77K）下焊接接头的性能 。 与具有细等轴晶粒的bm相比 ， FZ具有相对较长、较粗的晶粒 ， 降低了焊缝的塑性变形和延性 。 粗晶粒的负面影响可以通过大量的双胞胎活动来补偿 ， 从而提高焊缝的抗拉强度和延性 。 在低温（77K）下 ， 焊接接头比在室温（293K）下具有更优异的抗拉强度和延展性 ， 因为双胞胎产生的额外内部双边界发挥了增强作用 。 同时 ， 在金属的低温变形过程中 ， 双胞胎可以作为一种额外的变形机制 ， 而变形的双胞胎可以增加材料的应变硬化 ， 从而延迟粘结 。 低温（77K）的双带密度远高于正常温（293K） 。 在低温下形成了孪生效应 ， CrMnFeCoNiHEAs在低温下的性能更为优异 。 随着温度的降低 ， 机械纳米孪从正常温度下的平面滑脱位错活性向变形的转变 ， 形成连续的稳定应变硬化 。
▲图1 不同焊接方法所得到的焊接焊缝
▲图2 激光焊接高熵合金的实际案例图同样地 ， Wu等人采用CoCrFeMnNiHEACoCrFemm/min进行EBW 。 焊缝中出现粗粒 ， 可促进机械双晶体的形成 。 在变形过程中产生的纳米双束和双束非常有利于提高力学性能 ， 这是由于相互作用引起的动态Hall-Petch的影响双位脱位的 。 EBW在293K和77K下制备的焊接接头性能与293K和77K时的性能相当 ， 表明粒度对应变调节的影响大于双胞胎活性 。 与较高电流、较高焊接速度(5mA和9.53mm/s)制备的焊接接头相比 ， 通过较低的焊接速度和电流可以制备性能较好的焊接接头 。 同时 ， 当焊接材料相同时 ， EBW制备的焊接接头的性能优于GTAW制备的焊接接头 ， 这是因为EBW焊缝中的成分分离和DAS较小 。 与CoCrFeMnNiHEAs的BM相比 ， EBW制备的焊接接头的性能没有明显变化 ， 这与晶粒的尺寸和孪生活性有关 。 目前 ， EBW在HEAs上的应用很少 ， 由于该方法的优点 ， HEAs的EBW具有良好的应用前景 。 1.2.HEAs的气体钨极电弧焊GTAW已成功应用于HEAs的焊接 ， 表现出高热输入、高冷却速率的特点 ， 可在熔化区内形成精细的等轴树突 。 吴等人对CoCrFeMnNiHEAs进行电导形成了的GTAW ， 得到了无裂纹的焊接缝 。 FZ由带枝状的大柱状晶粒组成 ， 有利于机械缠绕的形成 。 与EBW制备的焊接焊缝的微观结构相比 ， GTAW型焊缝的初级树突间距和元素分离均增加 。 孪生引起的临界应力容易发生 ， 焊接接头的塑性变形难以产生 。 焊接接头具有80%的抗拉强度和50%的延性 。 对Al0.5CoCrFeNiHEAs进行GTAW分析 ， 焊缝具有精细的等长柱状树突状晶粒 。 焊接接头的强度和硬度均相对较低 。 然而 ， 与AlxCoCrFeNiHEAs(x=0.1和0.3)相比 ， 由面心立方和体心立方组成的焊缝强度得到了提高 。 此外 ， Al元素的加入会促进焊缝中体心立方的形成和严重的晶格变形 ， 从而增加焊接接头的硬度 。 GTAW可以细化晶粒 ， 抑制双胞胎的成核 ， 从而降低双胞胎的密度 ， 抑制焊缝中体心立方相的形成 。 此外 ， 在对铝铜合金熔合焊的研究中发现 ， 在凝固的最后阶段 ， 富含铜的固体溶液的形成有助于熔化区的凝固裂纹 ， 因此强烈的铜离析可以促进热裂纹的形成 。 在AlxCoCrCuyFeNi的GTAW中 ， Martin等人探讨了铝和铜含量对焊接接头性能的影响 。 焊缝的微观结构由具有体心立方结构的细胞树突状相和大量富含铜的树突状间相组成 。 铜含量的降低可以减少富含铜的树突状粒间相的形成 ， 并凝聚固化的微观结构 。 通过降低合金(AlCoCrCu0.1FeNi和AlCoCrFeNi)中铜的含量 ， 可以减少裂纹的形成 。 因为铜含量的降低可以抑制凝固过程中的离析量 ， 从而抑制凝固裂纹的形成 。 在这些HEAs的GTAW中 ， 我们发现 ， 通过降低HEAs中铝的含量 ， 可以降低体心立方相的含量 ， 从而减少焊接接头脆性裂纹的发生 。 而铜含量高的HEAs在GTAW过程中可能形成凝固裂纹 ， 导致颗粒间液膜分离（热裂纹）的断裂机制 。 因此 ， 当合金中含有铝和铜元素时 ， 需要控制其含量 ， 以实现无裂纹的焊接缝 。 1.3.HEAs熔焊的形成机理目前 ， 已采用一些融合焊接方法应用于HEAs的焊接 ， 如LW、EBW和GTAW等焊接 。 基质相将在焊缝中产生 ， 根据材料的特性 ， 通常会在熔化区形成其他相 ， 如沉淀物和熔化物 。 研究了HEAs熔焊中焊接缝的形成机理 。 在高温合金的对焊方面 ， 成型过程主要包括以下步骤 。 首先 ， 焊接表面在夹具的作用下紧密接触 ， 在界面上有一些孔隙 。 随着热的输入 ， 材料开始变形 ， HEAs中的原子在熔融池中扩散和反应 ， 如图3a所示 。 当熔池的温度下降到一定的温度时 ， 颗粒的成核发生在液/固界面（熔池的边界） 。 而其他原子仍在熔融池中扩散 ， 如图3b所示 。 一般来说 ， 随着熔池温度的降低 ， 颗粒的形状从平面状到焊缝中心呈细胞状树突、柱状树突和等晶 ， 这是由于温度梯度与颗粒生长速率的比值降低引起的 ， 颗粒没有变化 。 图3c中一些原子会在晶粒的边界上沉淀 ， 产生第二相 ， 在界面上可能会产生层状基质相 ， 如图3d所示 。 第二相的沉淀可以根据材料的特性来确定 。 一些由面心立方或体心立方单相组成的材料不会产生第二相 。 有些材料不仅产生第二相 ， 而且由于氧气的存在 ， 还在焊缝中形成一些氧化物 。 因此 ， 可以发现氦的熔变焊是通过原子的物理接触、扩散和反应、晶粒的成核和生长以及基质相等相的形成来实现的 。 之后会对焊接相的形成机理进行讨论 。 HEAs熔焊过程中产生的热量会增加熔融池的温度 ， 因此当温度高于合金中元素的蒸发温度时 ， 就会发生元素的蒸发 。 金属元素在不同温度下的锥度压力可以在以前的工作中找到 。 因此 ， 有必要选择合适的焊接参数来阻碍元素蒸发的发生 ， 因为熔池中化学成分的变化会影响熔池中的相形成和相的稳定性 。 焊缝中元素组成的变化取决于熔融池的体积和蒸发速率 。 例如 ， 对于激光焊接 ， 元件的汽化速率随着激光功率的增加而增加 。 然而 ， 在低功率下 ， 由于熔池体积较小 ， 熔池表面体积比较高 ， 熔池中元素组成的变化较大 。 此外 ， 还可以采用高速扫描速度抑制元素蒸发 ， 因为高扫描速度可以促进熔融池的快速凝固 。 因此 ， 我们需要在精确的焊接技术的基础上选择合适的参数 。 1.4.HEAs熔焊中焊缝的固化行为1.4.1.偏析虽然没有关于HEAs焊接过程中发生宏观分离的相关文献参考 ， 但应引入这一特殊现象 ， 为今后的研究提供指导 。 在金属的不同焊接中 ， 由于焊缝表面的成分不同 ， 可以在宏观尺度上产生成分分离 ， 这被称为宏观分离 。 基于对焊缝中大分离的相关研究 ， 经常利用基金属样平台、半岛和岛屿来描述焊接过程中大分离的特征 。 根据不同熔焊过程中大块焊金属(TLW)、金属1（TL1）和金属2（TL2）的差异 ， 可以阐述不同的宏观分离 。 在铜-铁二元相图的基础上 ， 说明了这两种宏观分离机理 。
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