镁合金作为一种理想的轻质金属结构材料，符合现代轻量化、节能减排的发展理念，在航空航天、交通运输和电子通讯等行业的应用前景越来越受到重视。推动镁合金在各个领域的进一步广泛应用同样需要加工技术的发展，而焊接是镁合金型材制造和铸件缺陷修复必不可少的关键环节，镁合金与同种及异种金属的连接问题近年来持续受到关注。 

激光焊接（Laser welding）相较于其他焊接方法具有功率密度高、设备简单、焊接效率高、接头残余应力低以及热影响区窄等诸多优势，因此是镁合金部件连接极具潜力的技术。然而，镁合金激光焊接接头的微观结构与母材往往存在巨大差异，焊接接头的强度也普遍弱于母材，揭示激光焊接接头的显微组织与力学行为之间的关联对于优化镁合金组织及焊接工艺，进而实现高的连接效率（Joint efficiency）至关重要。 

基于上述问题，上海交通大学曾小勤教授团队开展了镁合金激光焊接的研究，选用AZ80镁合金型材为研究对象，通过合理的激光焊接工艺实现了优异的连接效率（>92%），进一步揭示了镁合金焊接接头的微观组织结构演变，阐明了镁合金焊接接头的强化机理。研究成果以“On the heterogeneous microstructure and strengthening mechanisms in a laser welding AZ80 magnesium alloy”为题发表于国际期刊《Scientific Reports》，论文第一作者为博士生刘禹，通讯作者为曾小勤教授、王杰博士和朱高明博士。合作单位还包括德国Helmholtz-Zentrum Hereon研究所，联想（北京）有限公司，韩国国立金乌工科大学，以及德国电子同步加速器研究所（Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY）。 

 图1. 镁合金激光焊接接头的晶粒结构及取向分布 

 图2. 镁合金焊接接头的微观形貌与组织 

 图3. 镁合金激光焊接接头的力学性能 

 图4. 同步辐射X射线衍射分析揭示镁合金焊接接头的强化机理 

 该工作得到了首批杰青延续资助项目和国家自然科学基金青年项目的资助。 

 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-73767-0

镁合金AZ80的焊接接头由焊缝区（Fusion zone， FZ）、热影响区（Heat affected zone, HAZ）和母材（Base material, BM）组成。母材区由晶粒尺寸细小的等轴晶构成，表现出典型的变形织构特征。焊缝区的晶粒取向随机，显微组织和实际铸造的组织结构类似，表现出中心等轴晶、边缘柱状晶的组织特征，这是由于焊接过程中的凝固结晶过程导致的。此外，焊缝区在凝固过程中析出了连续网状分布的Mg17Al12相。

在AZ80镁合金激光焊接接头中，焊缝区和母材之间明显形成了宽度约60μm的热影响区。热影响区的晶粒尺寸与母材相似，但其晶界发生了明显粗化。此外，热影响区在焊接过程中析出了大量细小、弥散分布的Mg17Al12相。 

镁合金AZ80焊接接头表现出优异的力学性能，其屈服强度为202 MPa，焊接效率高达92%。通过EPMA和EBSD结合同步辐射X射线衍射技术进行的微观结构分析表明，焊接接头中的析出相和位错密度增加是激光焊接镁合金的主要强化机制。Orowan强化、异质变形诱导（HDI）强化和应变硬化的共同作用使AZ80镁合金焊接接头的力学性能与母材相当。