2198-T8铝锂合金无针搅拌摩擦点焊中材料流动机制与界面结合的耦合研究

为解决铝锂合金搅拌摩擦点焊中界面结合弱、材料混合不足等问题，研究人员通过耦合数值模拟与晶体取向分析，揭示了无针搅拌摩擦点焊（P-FSSW）中材料螺旋流动规律及动态再结晶驱动的界面冶金结合机制，为优化轻量化合金焊接工艺提供理论支撑。

　　

在航空航天领域，铝锂合金因其轻量化和高强度特性成为关键结构材料，但其传统焊接易产生气孔、热裂纹等缺陷。搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding, FSSW）作为一种固相连接技术，虽能避免熔焊缺陷，但无针搅拌摩擦点焊（Probeless-FSSW, P-FSSW）的材料流动机制与界面结合规律尚不明确，制约了工艺优化。针对这一难题，中国的研究团队通过多尺度分析手段，首次阐明了P-FSSW中材料流动与界面演化的耦合机制，相关成果发表于《Materials Characterization》。

研究采用数值模拟追踪示踪粒子运动，结合电子背散射衍射（Electron Backscatter Diffraction, EBSD）分析晶体取向。实验使用2198-T8铝锂合金板材，通过数控铣床搭载H13钢工具进行焊接，参数包括转速30-1500 rpm、肩部直径15 mm。

水平面流动分析
示踪粒子模拟显示，材料在搅拌区呈层流状螺旋内收缩流动，上表面因肩部作用流动强度更高，厚度方向因热机械梯度减弱。EBSD证实动态再结晶（Dynamic Recrystallization, DRX）形成细小等轴晶，并产生剪切主导的{111}〈110〉织构，直接反映局部流动轨迹。

界面结合机制
氧化物层断裂、原子扩散和DRX共同驱动界面结合，晶界跨越界面迁移形成冶金结合。塑性变形梯度由材料向下流动程度决定，直接影响无缺陷界面的形成。

结论与意义
该研究首次通过耦合模拟与织构分析，阐明P-FSSW中材料螺旋流动与界面冶金结合的动态关联，提出DRX和剪切织构是优化焊接质量的关键靶点。成果为轻量化合金连接工艺设计提供了理论范式，尤其对航空航天构件的高效制造具有指导价值。Wenlong Fan等学者通过跨尺度研究方法，突破了传统示踪技术和模拟分析的局限性，为固相焊接机理研究树立了新标准。