異種鋁合金焊接研究現狀及展望

楊 健，駱順存，裴鵬飛，王曉南，張 海

1.蘇州大學 沙鋼鋼鐵學院 高性能金屬結構材料研究院，江蘇 蘇州 215021

2.魏橋（蘇州）輕量化研究院有限公司，江蘇 蘇州 215001

0 前言

鋁合金具有密度低、比強度高、抗沖擊性和耐腐蝕性高等特性，被廣泛應用于航空航天、軌道交通（高鐵、地鐵、汽車、船舶艦艇）、石油化工、橋梁建筑等領域。異種鋁合金在強度、耐腐蝕、導電性及可焊性等方面存在差異，常被應用于不同工況。隨著“雙碳”戰略的不斷實施，異種鋁合金連接在汽車輕量化設計中受到越來越多的重視。傳統的異質材料連接方法包括鉚接、焊接和膠接，但不同的連接方式都存在缺點，如普遍適應性不強、連接強度及穩定性欠佳、精度難以控制等問題。傳統熔焊因操作靈活、效率高等優點被廣泛應用于大規模工業生產，但由于鋁合金較高的導熱系數、熱膨脹系數和熱裂紋敏感性，導致焊件中產生氣孔、裂紋等缺陷。特別對于異種鋁合金熔焊而言，焊接接頭中的氣孔、裂紋、金屬間化合物導致力學性能大幅度降低。因此，本文針對不同預制工藝、焊接工藝及方法條件下異種鋁合金焊接接頭組織、力學性能及模型預測研究現狀進行綜述，以期為異種鋁合金連接方法、高效實施工藝及相關機理研究提供指導。

1 鋁合金TIG焊接現狀

鋁合金TIG焊接因具有熱輸入低、熱裂傾向小、焊接接頭質量優良等優點被廣泛應用于薄板焊接。已有學者對不同工藝條件下鋁合金TIG焊接接頭的微觀組織、性能及預測模型進行了研究。蒙丹陽［1］、李桓［2］研究了不同牌號及熱處理狀態2219 鋁合金焊接工藝對接頭組織及性能的影響，分析認為，焊槍擺動工藝可以降低PMZ 和過時效區連續第二相的數量及尺寸，且2219側熔合區小角晶界占比及細小等軸晶帶對焊接接頭軟化有顯著作用。王池權、Narayanan Murali等人［3-5］發現在7075/5A06和7075/6061 異種鋁合金焊接接頭中，7 系鋁合金側晶粒長大及軟化較為明顯，且各種7 系鋁合金焊接接頭中均不存在裂紋，但氣孔對疲勞性能有較大影響。同時，他們還認為不同類型的焊絲對焊縫晶粒大小及硬度有顯著的影響，且采用TiC 納米顆粒處理焊絲進行填充后，焊縫中產生大量細小的球形晶粒。因此，納米顆粒強化效應及填充焊絲合金元素補償焊縫稀釋的作用導致機械性能顯著提高。張琨［6］研究了焊接過程參數控制與組織性能之間的非線性關系，建立了7075鋁合金TIG焊接接頭組織性能預測模型，并基于Gauss-Newton 方法的運動控制算法，建立了能夠實現焊槍運動狀態快速動態計算的實時魯棒控制算法。但異種鋁合金TIG焊接依舊存在生產效率低（熔覆效率低）、自動化程度低、熱影響區軟化明顯等問題。

2 鋁合金MIG焊接現狀

MIG 焊接因具有焊接質量優良、效率高、成本低、自動化程度高等優點被廣泛應用于制造業。已有學者對不同加工工藝及不同熱處理狀態制備的A356鋁合金與6系鋁合金進行脈沖MIG焊接，并分析了力學性能、微觀組織和成分及疲勞曲線數學模型。脈沖MIG可以細化晶粒、降低孔隙率及裂紋敏感性，提高接頭力學性能。吳玲、Wang、Nie［7-10］認為A356/6系鋁合金焊縫熔化區為Al-Si鑄態枝晶，6系鋁合金側部分熔化區由于Mg、Si 元素偏析形成了Al-Mg-Si-Cu、Al（Fe，Mn）Si、Al固溶體貧化的液化組織，但采用Al-Si 填充焊絲可以緩解晶界液化。A356 側部分熔化區由于Fe、Mg 元素偏聚形成了島狀Al-Si共晶、針狀β-Al5FeSi和不規則π-Al9FeMg3Si5相及粗大Si 顆粒，且富Fe 相及氣孔會削弱接頭性能。焊接接頭的抗拉強度達到6 系母材的83%，A356熱影響區為硬度最低處，拉伸試樣主要在A356側PMZ和HAZ處發生準解理和韌窩混合斷裂。

同時，部分學者也對不同工藝成形的5 系/6 系及2 系/7 系焊接接頭的冶金、組織、力學與腐蝕性能、以及焊絲成分調控與熱裂性等進行了大量研究。Qingyu Zhang［11］采用多相晶格玻爾茲曼LB 模型和AA6063薄板MIG焊接實驗可視化了熔池內流場和濃度場的演變，認為外加交變磁場使填充金屬液滴的轉移與沖擊偏離填充絲的軸向導致熔池金屬發生劇烈波動。熔池金屬的不穩定狀態使大塊焊縫及熔合區更容易發生宏觀偏析。喬建毅，Emine Mercan，鄭自芹［12-14］認為5系/6系焊縫中心為細小的胞狀樹枝晶和等軸晶，遠離焊縫中心為粗大的柱狀晶。6系熱影響區較寬，焊接接頭拉伸、彎曲性能較好，斷口位于焊縫及5 系熱影響區硬度較低處。此外，焊接接頭余高過高、未熔合及咬邊、氣孔缺陷對腐蝕及疲勞性能影響較大。李晗［15］認為交變縱向磁場對5083/6061 MIG 焊接的熔寬、電弧形態、熔滴形狀及過渡時間有較大影響，導致柱狀晶減少、枝晶破碎、強化相細小且分布均勻，力學性能得到顯著提升。邢艷雙［16］認為不同厚度6082-T6/6005A-T6 異種鋁合金焊接接頭的斷口位于焊縫區及熱影響軟化區，且氣孔處易形成疲勞源并促進裂紋的萌生與擴展。采用合理的填充焊絲和焊接工藝參數可以減少鋁合金熔焊接頭的氣孔、裂紋、軟化等缺陷，顯著提高焊接接頭的力學性能。朱集錦［17］認為采用ER2319 焊絲獲得的2 系/7 系焊接接頭具有良好的綜合力學性能。Tayfun Soysal［18］通過4145填充金屬調整2024熔合區焊縫金屬的成分，評估了填充金屬降低2024與6061焊接凝固開裂敏感性的有效性。其橫向運動焊接試驗如圖1 所示，分析認為，凝固溫度為550～555 ℃時，4145 形成的富Si 相在冷卻過程中不斷粘結富Al 枝晶導致抗裂性能提升。同時，4349 填充焊絲已被廣泛應用于6 系鋁合金焊接，以減少凝固開裂。

圖1 橫向運動焊接試驗［18］Fig.1 Transverse motion welding test［18］

3 鋁合金激光焊接現狀

激光焊接具有能量密度集中、熱輸入低、焊接變形小、焊接質量高、適應于較薄件焊接等優點。但鋁合金激光焊接也存在下塌量大、氣孔率高等問題。已有不同學者對5 系/6 系鋁合金激光填絲、不同搭接形式等焊接工藝進行了研究，分析工藝參數對織構、微觀組織、力學性能及斷口的影響，并通過溫度場和相場模擬解釋了熱裂敏感性高及氣孔差異的機理。焊縫金屬在成分過冷和異質形核作用下形成細小柱狀晶和等軸晶。周金旭、黃毅、Zhang、Chen［19-21］認為6系鋁合金受異質形核作用影響較大，使等軸晶占比較大、晶粒取向呈隨機分布，且柱狀晶主要為〈100〉｛001｝立方織構。5 系/6系搭接接頭Mg 蒸發造成的熱損失導致熔池波動、實際熱輸入及熔深降低。5 系/6 系搭接接頭形成了更長、更寬的晶間液態通道和更嚴重的溶質偏析區，導致裂紋敏感性較高，且兩種搭接形式的孔隙度和形態有顯著差異，其激光搭接焊接及晶間液態通道如圖2所示。

圖2 激光搭接及晶間液態通道示意 ［21］Fig.2 Schematic diagram of laser lapping and intercrystalline liquid channel［21］

Chen、項云忠［22-23］研究了大功率振蕩掃描激光束對3 mm薄板和20 mm厚板6061/2A12焊縫成形、組織及性能的影響。結果表明，隨著激光掃描頻率和掃描幅值的增加，液態熔池的高頻振蕩攪拌作用不斷增強，導致非均質形核率增加、熔合區等軸晶比例增加、平均晶粒尺寸降低、焊縫溶質偏析及氣孔率降低，最大延伸率提高120%。同時，掃描激光使Cu元素分布均勻、Q-Al2Cu相和S-Al2CuMg強化相增多，導致熔合區強度提高，斷裂位置由熔合區向熱影響區轉變。部分國外學者研究了焊接工藝參數及合金元素對鋁合金焊縫幾何形狀、焊接穩定性、裂紋敏感性、孔隙率和力學性能的影響。Traidia A、Khan M、Haboudou P、Khodabakhshi F、Indhu R［24-28］認為Mg 含量和工藝穩定性對孔隙的影響較大。焊縫底部添加低硫含量的組分可以降低焊縫形貌的不對稱性。通過添加Ni 中間層促進元素混合可以減少Al-Mg 接頭的開裂缺陷。能量密度的差異導致焊縫橫截面形貌由錐形轉變為圓柱形，但界面的寬度受能量限制。通過優化激光功率和掃描速度可以使異質鋁合金接頭中脆性富鋁金屬間化合物層厚度降低，從而獲得較高的機械強度。

4 鋁合金攪拌摩擦焊現狀

攪拌摩擦焊是一種固相焊接技術，可以減少氣孔、縮松、宏觀偏析、凝固裂紋、金屬間化合物、焊接變形等缺陷。異質材料攪拌摩擦焊常用于連接不同系列的鋁合金，鋁合金與銅、低碳鋼、不銹鋼及鈦合金。材料的機械和熱物理性能、焊接速度、刀具轉速、刀具形狀、銷型和軸向力等工藝參數對接頭質量起主要作用。不同形狀的攪拌摩擦焊刀具如圖3所示。

圖3 不同形狀的攪拌摩擦焊刀具［31］Fig.3 Friction stir welding tools with different shapes［31］

4.1 工藝、組織及性能

國內外研究者們對不同厚度、不同牌號的異種鋁合金攪拌摩擦焊工藝、組織及性能進行了大量研究。王勇強、張德芬、Lee［29-31］認為攪拌頭旋轉速度對強度影響最大，其次是焊接速度，最后是下壓量。隨著焊接速度的增加，焊接接頭力學性能及焊核區晶間腐蝕性能不斷提高，但隧道孔缺陷不斷增加。同時，第二相顆粒尺寸及不同牌號的鋁合金位于不同的異種焊接接頭的前進側和后退側，對攪拌區抗拉強度影響較大。Husain Mehdi［32］認為在5 道次FSP（攪拌摩擦加工）中納米SiC 顆粒隨著孔道數的增加被完全破碎且均勻分布，攪拌區中形成細小的再結晶組織。通過減小晶粒尺寸和提高SiC顆粒的均勻性，合金的強度、硬度等力學性能顯著提升。Infante、趙子墨［33-34］認為異種材料攪拌摩擦焊接頭的疲勞強度低于同種材料搭接接頭的強度。疲勞性能與β"相轉變為粗化的β'相、脆性第二相、焊核區與熱機械影響區交界處混合不均勻及應力集中共同疊加有關。

利用外部介質對焊接接頭熱循環進行有效控制是提高可熱處理鋁合金及其他熱敏合金攪拌摩擦焊效率和力學性能的有效方法。冷卻介質（如水和液氮）具有較高的冷卻速率和較小的溫度梯度，可以降低焊縫中金屬間化合物的體積分數及尺寸，抑制接頭中氧化物S線缺陷和不良表面織構的形成以及相溶解與粗化。國內外學者對自然冷卻及水冷條件下不同焊接工藝的7 系與6 系及2 系高強鋁合金攪拌摩擦焊及攪拌摩擦點焊的成形、組織演變規律和力學性能進行了研究。其水下攪拌摩擦焊如圖4 所示。董家亮、張桂菊、Rouzbehani R［35-37］認為工具轉速和插入深度對自然冷卻及水冷條件焊接接頭的拉伸剪切力影響較大。插入深度對攪拌區的再結晶比例影響較大，工具轉速和移動速度之比與平均晶粒和析出相尺寸存在線性關系。攪拌區通過連續動態再結晶形成細小的等軸晶。熱機影響區前進側發生了動態回復和部分動態再結晶，后退側以動態回復為主且小角晶界占比增加。HAZ處發生回復形成亞晶粒且小角晶界占比增加。自然冷卻接頭中存在Al2CuMg析出相，水冷條件接頭中存在較窄的白色條帶及Mg2Si。水冷工藝可以降低焊接接頭約29%的峰值溫度且軟化區逐漸靠近攪拌區，導致晶粒細化、接頭強度顯著提高。同時，水冷工藝可以降低金屬的粘度和流動性，使焊縫攪拌區寬度、圓形壓痕寬度和角掛鉤減少。Tan Y B、Mehta、Sipokazi Mabuwa［38-40］認為3 系、6 系/8系水下攪拌摩擦焊接頭隨著溫度的降低，再結晶晶粒、析出相體積分數、金屬間化合物及氣孔都減少，細小的晶粒對接頭的拉伸性能及延展性有較大影響。Wang［41］認為快速水冷工藝引入了GPII 區及大量針狀半共格MgZn2相促進了軸向加載條件下的粘結性強化，且冷卻介質消除了接頭熔核中的硬腐蝕區域。

圖4 水下攪拌摩擦焊示意［36］Fig.4 Schematic diagram of underwater friction stir welding［36］

4.2 殘余應力及預測模型分析

已有學者通過有限元、神經網絡（ANN）、自適應神經模糊推理系統（ANFIS）和響應面方法（RSM）預測模型與實驗驗證探索了2 系與7 系、6系、5 系及鑄造鋁合金攪拌摩擦焊工藝對焊接接頭力學性能和殘余應力的影響。Okuyucu、Dehabadiet、Reynolds、Salloomi、Steuwer［42-46］預測了刀具轉速和焊接速度對接頭的力學性能、殘余應力類型及分布的影響。不同工藝參數下材料熱性能和力學性能差異導致殘余應力分布較為復雜，縱向殘余應力分量在板寬方向呈不對稱“M”形分布，前進側的最大拉伸值大于后退側。此外，采用表面冷噴涂攪拌摩擦焊工藝可以顯著降低殘余應力峰值大小，使接頭力學性能顯著提高。Salloomi K N［47］采用耦合歐拉-拉格朗日（CEL）有限元模擬定量地分析了不同轉速及移動速度對AA6061-T6/AA2024-T3攪拌摩擦焊熱環境及殘余應力的影響。AA6061 側溫度、塑性應變及殘余應力相對較高，橫向殘余應力較縱向低，且殘余應力隨刀具轉速的增大而減小，但隨刀具橫移速度的增大而增大。Mohamed Abd Elaziz、Shehabeldeena T A［48-49］從拉伸伸長率和極限拉伸強度著手，通過海洋捕食者算法（MPA）與隨機向量函數鏈路（RVFL）網絡相結合的高精度方法準確地預測了AA5083/AA2024 攪拌摩擦焊接接頭的拉伸行為。同時，通過焊接參數和極限抗拉強度關系的對比研究得出ANFIS 模型比RSM 模型具有更高的預測精度及穩定性。Elnabi［50］采用Taguchi L16參數優化法得出刀具轉速、橫移速度、切入深度為主要因素，銷型、母材位置和刀具傾角為次要因素。Suresh［51］認為不同直徑導孔中加入Al2O3納米顆粒對攪拌摩擦點焊焊接過程的可持續性和高效性有較大影響。通過NSTLBO算法預測了孔徑、刀具轉速及橫向速度等工藝參數與磨損量、搭接剪切載荷及顯微硬度之間的關系，其驗證實驗與預測結果的誤差在0.5%以內。

4.3 鋁合金和其他合金攪拌摩擦焊接

鋁合金和鋼焊接的最大挑戰是如何抑制脆性金屬間化合物的數量。國內外學者對不同牌號、不同預加工工藝、不同焊接方法下鋁合金/鋼攪拌摩擦焊接頭的組織演變及性能進行了分析。Grydin［52］開發了多種鋁/鋼連接技術（輥焊、激光焊、電阻點焊、磁脈沖焊、超聲焊），并分析了不同焊接接頭中金屬間化合物層的厚度及形成過程。其中，攪拌摩擦焊接頭FeAl、FeAl3、Fe2Al5、Fe4Al13和Al4Fe 金屬間化合物層的厚度在250 nm～6 μm 之間。王希靖［53］認為攪拌摩擦鉚焊接頭圓孔底部存在富鋁α 固溶體偏聚，圓孔四周形成鋁/鋼擴散區，界面依靠FeAl3冶金結合在一起。此外，添加Zn 元素或使用鍍鋅鋼或Zn-Al-Mg 鍍層可以有效減少金屬間化合物的數量。羅瑾玥、Yazid Helal［54-55］認為，攪拌工具傾角渦流攪拌摩擦、WC-Co 涂層或鋼板偏移量工藝對界面金屬間反應層厚度及力學性能有較大影響，且搭接接頭界面金屬間反應層厚度約為1 μm 時強度最高。Md Reza-E-Rabby［56］認為預制燕尾槽工藝可以有效改善厚截面AA7099（>12.7 mm）與鋼攪拌摩擦焊搭接接頭界面的機械聯鎖和載荷傳遞，消除普遍存在的接頭性能隨加載方向變化的不對稱現象。采用燕尾槽輔助中間層工藝可以實現鋁/鋼攪拌摩擦焊的高質量連接，接頭的最大承載能力和峰值伸長分別提高60%和210%。分析認為中間層抑制了Al-Fe 界面上Zn 的快速溶解和Zn-Al 共晶的形成，導致富鋅金屬間化合物的生長速度減緩，界面脆性破壞得到顯著改善，其預制燕尾槽工藝示意如圖5所示。

圖5 預制燕尾槽工藝示意［56］Fig.5 Process diagram of prefabricated dovetail groove［56］

部分國外學者對不同工藝下鋁合金/銅攪拌摩擦焊接頭的組織、力學、電學性能及殘余應力進行了研究。宿浩［57］認為，當攪拌針向銅側偏移0.5 mm時鋁/銅異質接頭的機械互鎖作用和金屬間化合物分布得到顯著改善。Rasoul Khajeh Shirzadi［58］認為刀具轉速和橫移速度匹配不佳會使焊接接頭產熱率提高。隨著產熱率的不斷增加，攪拌區Al4Cu9和Al2Cu 金屬間化合物及空隙數量增多，導致焊接接頭強度、延性降低、電阻率升高。靠近鋁側殘余拉應力區沿焊縫區及TMAZ延伸，靠近銅側距離界面較近的區域形成寬度較窄的殘余壓應力區。Farhad BAKHTIARI ARGESI［59］認為納米SiC顆粒使純銅/AA5754 攪拌區的晶粒尺寸降低至5.1 μm，相對較強的釘扎作用導致焊接接頭抗拉強度達到母材的90%、焊縫區最高硬度值提高2 倍。Paidar M、方遠方［60-61］采用100 μm 厚度鋅中間層對AA2024/Cu攪拌摩擦擠壓釬焊和回填式攪拌摩擦點焊接頭的組織、力學性能及斷裂模式進行了對比研究。結果表明：兩種工藝接頭中均出現Zn 凝固誘導空洞，但攪拌摩擦擠壓釬焊工藝可有效抑制流動缺陷。采用流動誘導機械聯鎖、層間控制原子擴散和自反應釬焊技術可以提高接頭的承載性能。

部分學者研究了不同工藝條件下2 系、7 系、6系鋁合金與鎂合金及復合材料攪拌摩擦焊接接頭組織及力學性能。Sameer［62］認為AZ91/AA6082-T6攪拌摩擦焊接頭中Mg位于前進側相比Al位于前進側可以獲得更薄的界面金屬間化合物層和更高的抗拉強度，但兩種工藝焊接接頭的斷口均為脆性準解理斷裂。Paradiso V［63］認為ZE41A/AA2024 攪拌區復雜的渦流流動導致混合后的鋁合金占比明顯高于ZE41，且攪拌區細小晶粒及富鋁基體中彌散的金屬間化合物對硬度影響較大。但是將刀具偏向鎂側、鋁固定在后退側可以有效抑制因物理性能、塑性變形差異及金屬間化合物（Al12Mg17和Al3Mg2）析出而產生的熱裂紋缺陷，獲得良好的焊接接頭。金屬和聚合物在物理和機械性能上的差異導致固態連接強度較低。MirHashemi［64］采用預先在聚合物側放置SiC納米顆粒強化聚合物來增強低密度聚乙烯和AA7075 的連接強度，使納米復合材料焊縫成形及力學性能得到顯著改善，其預制納米SiC 顆粒攪拌摩擦焊示意如圖6所示。

圖6 預制納米SiC顆粒攪拌摩擦焊示意［64］Fig.6 Schematic diagram of friction stir welding of prefabricated nano-SiC particles［64］

5 其他研究現狀

火巧英［65］認為6005A-5083 激光-MIG 復合焊接接頭6005A 側熱影響區較寬，且存在硬度最低的軟化區。宋建嶺，陳超［66-67］認為Al-Si 焊絲中Si 含量對2系/5系焊接接頭低熔點共晶的析出及結晶裂紋的形成與分布有顯著影響。Al-Cu焊絲中大量的Al2CuMg低熔點共晶及CuAl2相促進了熔合線附近Mg、Cu 元素的擴散，導致2219 側HAZ 發生明顯軟化。Nafeez Ahmed Liyakat［68］認為TIG 焊接接頭經過表面攪拌摩擦焊工藝加工后，接頭中焊接缺陷減少及晶粒細化導致力學性能顯著提高，其伸長率由8.5%提高到20.75%。Mastanaiah［69］將焊縫強度與熔合區晶粒尺寸、Mg元素蒸發及Cu元素偏析、熱影響區軟化聯系起來，建立了焊縫幾何形狀與拉伸斷裂載荷之間的模型，并通過AA2219/AA5083電子束焊接實驗驗證了模型的準確性。結果表明，焊縫的有效厚度和幾何參數對不同接頭的拉伸斷裂載荷有顯著的影響，接頭失效位置受焊縫幾何形狀和熔合區界面軟化的影響。

通用公司采用多環、半球形電極、環氧膠粘劑提高了鋁合金電阻點焊性能。部分學者研究了不同工藝下5系鋁合金與壓鑄鋁合金、低碳鋼、碳纖維復合材料電阻點焊熔核的力學性能及機理。Jidong Kang［70］認為不同厚度AA5754/Aural2 焊核添加或不添加膠粘劑時的最大拉伸-剪切載荷相似，主疲勞裂紋沿熔核邊緣萌生并沿厚度方向貫穿于Aural2，拉伸和彎曲強度相對應的熔核尺寸主導了疲勞壽命。Mohammad Jameel Zedan［71］采用鋁合金中心鉆取圓孔的方式獲得了熔核直徑為9.75 mm、最大拉伸剪切載荷為3 210 N 的鋁鋼電阻點焊熔核。但熔核界面存在1～5 μm 舌形和針狀形的金屬間化合物層。Sendong Ren［72］采用同軸單側電阻點焊工藝制備5052鋁合金/CFRP接頭，并對焊接過程中的電-熱-力耦合進行了建模及實驗驗證。結果表明：熔化區深度與焊接電流和焊接時間有較強的相關性，電極力大小與界面溫度分布的均勻性相關。高溫鋁合金向CFRP的傳熱導致熔化區深度在冷卻階段也在不斷增加。同時，其他學者還進行了電極形狀、壽命、預制孔工藝對電阻點焊接頭性能以及表面預處理對膠粘界面強度的相關研究。

6 結論與展望

汽車輕量化應用過程中存在大量異種材料連接，但薄型材接頭強度低、失穩變形嚴重，且局部鋁/鋼、碳纖維復合材料及鎂合金熱連接難度大，故實際生產中熱熔自攻鉚接復合膠粘工藝仍具有獨特的優勢。不同冷卻介質對異種鋁合金MIG 焊接接頭熱影響區軟化及力學性能有顯著作用。但對熱影響區不同位置在不同溫度下的相溶解、粗化及轉變溫度區間有待進一步研究，可以通過精確的小范圍局部控溫冷卻系統，研究不同冷卻介質條件下焊接工藝及相關機理。此外，通過微合金化及納米顆粒化對焊絲成分進行調控，并結合先進的加工工藝可以為高強鋁合金焊絲的制備提供契機。在工程應用方面，大型LNG儲罐、大型船艇、高鐵車體在某些特殊工況中施焊時焊接結構不能翻轉，導致局部位置產生橫焊、立焊、仰焊，焊接難度大且人工補焊為自動化生產帶來了不便，故有必要對全位置焊接工藝、熔池流動、溫度場控制及組織性能進行研究。

異種鋁合金激光焊接在薄板熔焊領域具有廣闊的前景。但激光填絲、激光復合工藝、搭接接頭強度及氣孔率等問題也需要進一步研究。同時，傳統激光點焊熔核余高及有效承載面積較低導致類似鉚釘的機械互鎖作用及強度較低。針對異種鋁合金，通過激光復合CMT、激光填絲配合翻邊機械互鎖作用可以開發一種新型的高質量、高效率激光點焊技術。

攪拌摩擦焊是2 系、7 系鋁合金及鋁/鋼，鋁/銅，鋁/碳纖維等異質材料高質量連接的首選方法。但一些攪拌摩擦焊新工藝及機理方面也值得深入研究，如攪拌摩擦點焊、預制燕尾槽、預制孔中增加納米顆粒、刀具偏移、水下攪拌摩擦、預測模型及殘余應力分析等。