双轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型的搅拌摩擦焊方法,成功的解决了自支撑和未焊透等焊接问题。本文进行5A06铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊接试验,并对搅拌头结构设计进行优化,分析搅拌头形貌对焊缝成形及焊缝金属塑性流动形态影响,总结金属流动规律。采用预实验设计的分体式搅拌头,对10mm厚5A06铝合金进行焊接试验时,经常会出现搅拌针和定位销钉扭断的问题。针对前期预实验出现的问题,对结伴头结构进行结构优化,有效解决该问题。轴肩形貌和搅拌头形状对焊缝成形有重要的影响。凹形轴肩由于与工件接触面积小,产热不足,与凸面相比,表面成形很差,增加轴肩表面凹槽数,有利于金属汇聚,焊缝表面成形更好；对于6mm 5A06铝合金的焊接,1°凸角最佳；采用左螺纹搅拌针时由于焊缝厚度方向上塑性流动加剧,导致轴肩后方金属溢出增多,出现类似鱼鳞纹的表面形状；光面三凹槽搅拌针设计由于只产生横向塑性流动,表面成形效果最好；左螺纹三凹槽搅拌头由于塑性金属流动紊乱导致焊缝在返回侧出现裂纹,焊接效果最差。6mm和10mm厚5A06铝合金在焊缝厚度方向上仍然满足传统搅拌摩擦焊塑性流动规律,但由于下轴肩的存在,温度场发生变化,搅拌针端部周围冷金属对塑形金属软约束不够,导致其塑性流动发生差异。而6mm厚相较于10mm厚板在塑性流动上,由于温度梯度较小,不易产生孔洞等缺陷。双轴肩搅拌摩擦焊焊缝横截面显微硬度呈W形分布,6mm厚焊缝中心硬度约为104.1HV,而10mm为101.4HV；厚度方向上显微硬度变化较小。