搅拌摩擦焊技术主要用于高强度铝合金、镁合金等低熔点金属材料的焊接,其具有焊接效率高和质量好的双重优点,在新能源汽车制造领域具有广阔的应用前景。在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌工具的性能对焊接效率、接头的融合程度和表面质量有着决定性的影响。搅拌工具的硬度和韧性是其性能的两个关键指标,但二者之间通常存在一种矛盾关系。为了协调搅拌工具硬度与韧性之间的关系,以H13钢为原材料,采用循环淬火和梯度调控相结合的方法,制备出了强韧性呈梯度变化的搅拌工具,并阐明了组织演变机理;随后,利用上述方法制备的搅拌工具对6082铝合金进行焊接,研究不同时效状态和焊接参数下接头的组织和性能变化规律,揭示隧道缺陷和未焊透缺陷对接头性能的影响机理。通过实验研究和理论分析,系统地研究了循环淬火+梯度调控对H13钢搅拌工具性能的影响,并分析铝合金时效状态对搅拌摩擦焊接头质量影响。使用循环淬火方法对H13钢进行热处理,探索其组织结构变化规律,研究结果表明,在循环淬火处理中,多次的相变重结晶使奥氏体晶粒不断细化。初始奥氏体晶界限制回火马氏体长大,使材料具有很高的强度和较好的韧性,其抗拉强度和屈服强度分别为1878 MPa和1715 MPa。而采用淬火-回火和淬火-2次回火循环工艺处理后,H13钢不仅出现马氏体粗化,还导致已析出的碳化物聚集长大,抗拉强度和屈服强度分别为1798 MPa和1633 MPa、1735 MPa 和 1607 MPa。经过循环淬火后,利用端面加热的方式对H13钢搅拌工具进行梯度式回火,从而使材料强韧性呈现梯度分布。搅拌工具在低温区、中温区和高温区中碳化物数量、尺寸和V元素含量逐渐增加,碳化物的热稳定性提高。然而在高温区,马氏体的宽度和碳化物的尺寸增加,塞积的位错发生合并,导致位错密度开始下降,从而影响其力学性能。最终低温区、中温区和高温区的硬度分别为50.8 HRC、53 HRC和47.4 HRC。这表明通过强韧性梯度工艺设计可以对搅拌工具进行性能调控,使其满足尖端硬度高,底部韧性强的需求。采用循环淬火和强韧性梯度调控相结合方法获得的H13钢搅拌工具,对不同初始时效状态的6082铝合金板材进行焊接。焊接结果表明,自然时效铝合金板材的强度低于人工时效,因此,初始态为自然时效的接头消除隧道缺陷所需要的热输入量略少于初始态为人工时效的接头。通过改变旋转速度和焊接速度,调控搅拌摩擦焊接热输入量,得到了无缺陷的铝合金接头。在优化的工艺参数（压下量:0.15 mm、旋转速度:1400 r/min、焊接速度:1000 mm/min）下,不同初始时效状态的铝合金接头力学性能相近。经过人工时效（温度为170℃,保温时间为10 h）处理后,6082铝合金接头中β"相在基体和位错线中重新析出,起到钉扎位错的作用,使得其力学性能得到提升,抗拉强度达到282 MPa,比未经焊后时效处理的接头提升了约10%。使用不同尺寸的搅拌工具,制备出三种具有不同未焊透缺陷的6082铝合金接头,并对接头微观形貌和性能进行研究。发现焊接接头中未焊透缺陷中的吻接缺陷,其表面具有韧性断裂的典型特征。吻接缺陷是由于母材和搅拌区之间的弱连接处产生了相反拉应力,焊接冷却后,拉应力使接头根部撕裂而产生的。高周疲劳测试结果表明,小尺寸未焊透缺陷（0.15mm和0.4 mm）对疲劳性能影响有限,循环次数在107次时,疲劳强度可达到80 MPa和70 MPa;大尺寸未焊透缺陷（0.65 mm）严重削弱接头的疲劳性能,循环次数在107次时,疲劳强度低于45 MPa。