6061铝合金是6系铝合金当中应用最多的牌号之一,广泛应用于工业各领域。搅拌摩擦焊(FSW)作为一种“年轻”的固态焊接方法为焊接铝合金提供了一种优质、高效的新方法。但是,目前学术界对FSW焊缝金属的流动方式、接头成型机理等仍处在实验探索阶段,尚无权威定论,因此对其进行研究具有十分重大的意义。本论文对6061-T6和6061-O铝合金进行了多种对接方式的搅拌摩擦焊接。焊后对各接头形式的焊缝进行了组织和性能的分析,并通过标记材料示踪手段研究了异种热处理状态6061铝合金搅拌摩擦焊接头的金属流动性特征。标记材料示踪法是一种常用的研究材料流动的可视化研究方法,选择铜粉和铜箔作为标记材料能够直观而有效的观察接头塑性金属的迁移方式。拉伸实验结果表明,O-O接头与O-T6接头属于塑性断裂。T6-T6接头属于准解理断裂。T6-T6接头的显微硬度曲线呈W形,焊核区硬度约为母材区的70%;O-O接头硬度呈现抛物线形,焊核区硬度最高,约为母材区的125%;T6-O接头与O-T6接头的显微硬度曲线虽然总体近似于镜像对称关系,但在局部也存在明显的区别。接头组织方面,焊核区为细小的等轴晶,晶粒直径约3-5μm,第二相颗粒分布在晶粒内部,第二相主要成分为Mg2Si;热机影响区晶粒被拉长,呈长条状,轴肩影响区由于动态再结晶过程中热量散失迅速,晶粒最为细小。搅拌针螺纹提供了FSW接头塑性金属垂直方向流动的驱动力,搅拌针的螺纹带动焊核区上层金属向下方迁移,下层金属不会发生逆向迁移,只能向更下层迁移。上层金属无论在垂直还是水平方向上的流动性均更强,迁移距离更远。在水平方向上,螺纹搅拌针带动焊核区塑性金属旋转运动多个周期,而无螺纹搅拌针仅带动塑性金属发生半个旋转周期的迁移。焊核区金属的主要来源是前进侧母材,随着焊核区金属随搅拌针螺纹向下方迁移,后退侧塑性金属受到挤压绕过焊核区进入焊核区上方的空腔。前进侧金属首先进入焊核区,并发生剧烈的机械搅拌变形,后退侧金属进入焊核时间较晚,受到的机械作用相对较弱。轴肩影响区金属主要来源于后退侧,当后退侧金属为O态时轴肩影响区内的塑性金属流动更加剧烈,能够迁移到更远的距离,当后退侧金属为T6态时轴肩影响区内的塑性金属流动性较弱。此外,O态金属一侧的热机影响区宽度更大,T6态母材一侧的热机影响区宽度相对较窄。