材料流动行为是搅拌摩擦焊（FSW）最关注的基本科学问题，直接影响宏观焊接缺陷和焊核区特征微观结构（“洋葱环”、“S”线、弱连结等）的形成。然而，FSW过程中的材料流动十分剧烈，无法直观表征。

　　该研究首先提出了FSW材料流动行为的示踪研究新方法，采用原位增厚焊缝对接面上的氧化膜作为示踪材料（发明专利：ZL201110338106.9），有效避免了外加异质示踪材料引入的干扰，同时结合“急停+冷冻”技术，连续、精确地再现了即时材料流动轨迹。发现条带结构的“洋葱环”因合金种类而异，可以由第二相颗粒、晶粒尺寸变化或合金元素浓度不均匀引起，从而阐明了以往研究结果的分歧原因。由此，构建了“洋葱环”结构特征参数与焊接工具周期性运动轨迹的三维解析模型。根据该模型，阐明了Al-Mg合金焊核区硬度不均匀性的内在规律，以及拉伸过程中Lüders应变与“洋葱环”结构周期性特征的内在作用机制。发现这种周期性材料流动导致在2xxx系铝合金焊核区形成由晶界粗大第二相组成的“偏析带”，通过建立三维解析模型，合理解释并准确预测了FSW接头在焊核区异常断裂的现象。借助上述模型，阐明了多个合金体系中氧化膜演变规律及“S”线与弱连结等典型结构的形成机制，为避免接头的异常断裂提供了理论依据。该发现突破了FSW材料流动行为难以精确再现、组织与缺陷无法准确预测的瓶颈，阐明了以往难以理解的接头异常断裂现象，并提出了工具设计和工艺参数优化原理。该发现对不同种类合金均具有普遍指导意义，应用领域广泛。

　　详细内容请参考文献Acta Mater. 57 (2009) 5718-5729; Scripta Mater.58 (2008) 1082-1085; Metall. Mate. Trans. A 44 (2013) 4081-4097; Metall. Mater. Trans. A 42 (2011) 1717-1726; Metall. Mater. Trans. A 49 (2018) 2673-2683。