在不同金属焊接过程中，两种不同液体之间形成的界面会严重影响凝固后的微观结构的发展，并决定接头的力学性能。为了研究电弧焊过程中的界面演变机制，采用了时间原位试验的 X 射线成像技术。观察结果显示，在短暂的准稳态之前，不同液体界面上形成了瞬态的指状突起。利用磁热流体动力学数值模拟对实验观察结果进行分析，确认准稳态涉及到一种短暂固相的形成，这改变了过程中的正常混合。通过对原位实验观察结果的分析，阐明了决定液体界面不稳定性和熔池形状的形成机制的热量、动量、电磁和组分场之间的相互作用。 

焊接接头的性能，包括熔合区的形状和缺陷，与发生在不断演变的熔池内部的热量和质量传递过程有着强烈的相关性。理解与界面形成、混合和凝固有关的潜在物理机制，将有助于制定减少不同金属焊接接头质量差的策略。这在安全关键的应用领域，如核能和航空航天，尤其重要，因为这些领域经常使用不同金属接头。

由于相之间的界面具有高度瞬态性，加上高温的影响，直接观察熔化焊接池或类似事件一直是一项挑战。传统的研究大多局限于后处理分析。在同步加速器光源产生的高能X射线下，直接观察金属之间的传递变成了可能。采用diondo工业CT检测系统，可对研究物体，进行原位加载扫描，流体模拟分析。

通过使用原位 X 射线成像和基于磁热流体动力学的数值模拟，揭示了在强烈的熔化焊接条件下，不同液体凝聚过程中界面演变序列和相关机制的新见解。还进行了后处理分析，以表征不同金属焊接的微观结构和化学特征，从而实现了对与快速熔化和凝固过程中不同金属熔池评估相关的潜在机制的全面理解。

为了研究不同金属焊接过程中基本热性能的影响，选择了一种铝合金（AA 6082）、两种钢（SS316L，S275）和铜（商用铜）作为原位 X 射线成像实验的材料。实验材料的选择主要基于原位快速 X 射线成像的可行性（提供足够的衰减对比度）和不同物理性能的展示，这些物理性能决定了热量和质量流动。实验选用的两种钢含有不同的硫含量。硫含量的差异使得可以进行比较研究，评估表面张力（Marangoni）驱动流动的影响，该流动受到表面活性元素水平的显著影响。钢和铝合金表现出导热率和熔点的差异，而铝合金和铜提供了接近的导热率和良好的衰减对比度。焊接样品的尺寸为 6 mm × 10 mm × 50 mm (厚度 × 高度 × 长度)，所有相邻样品表面都经过精细研磨处理。在实验过程中，对两个样品中间部分进行了自动气体钨极弧焊 (GTAW)，持续时间为四到六秒。所有电弧电压都保持在 11.5 V，而电弧电流则有所变化。根据样品的物理性能，采用了 150 A 和 175 A 的输入电流进行不同的焊接参数。焊接电极固定在样品的 10 mm (高度) 和 50 mm (长度) 面上方约 2 mm 处。

原文引自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423005621