大力发展具有高速、安全、舒适、全天候运输、环境友好和可持续性等优势的标准动车组列车,不仅是十四五规划纲要中明确指出的制造强国战略,也是在能源和环境约束下解决我国交通运输能力供给不足矛盾的必由之路和必然选择。由于标准动车组列车（简称“标动”）对于轻量化、密封性、抗腐蚀能力有严格要求,目前,车体全部件都是采用铝合金型材。作为轨道车辆制造中的核心技术,铝合金的焊接直接关系到列车的质量和行车安全。然而,在采用熔化焊方法焊接铝合金时,主要出现的焊接性问题有:气孔敏感性高、热裂纹倾向大、接头软化及变形问题突出,这很大程度上影响了接头的使用性能和制造成本。得益于高效率、低成本、接头质量高、环保等优势,搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）必将取代传统熔化焊成为新一代铝合金高速列车的主导连接技术。尽管FSW被认为是铝合金的理想焊接方法,然而,标动车体用铝合金型材的FSW依然面临着一些问题,如对接焊时的背部支撑、对搭接焊时的Hook缺陷以及普遍存在的孔洞缺陷问题,一定程度上阻碍了 FSW在标动列车制造中的工业化进程。本文以标准动车组车体几种典型部件为研究对象,开展FSW工艺适应性、接头组织和力学性能的系统研究,揭示典型缺陷的形成规律,从焊接工艺和焊接工具给出有效的避免措施,并建立FSW部件的安全评定方法,对于促进FSW在车体制造中的应用和提高FSW部件的质量具有重要的应用价值。针对侧墙、车顶、底板用6005A-T6铝合金薄壁型材（壁厚4mm）,研究了对接形式下双轴肩搅拌摩擦焊（BTFSW）的工艺、接头组织和性能。工艺研究表明:BTFSW焊核区呈现哑铃形,晶粒表现为动态再结晶后的细小等轴晶,焊核区普遍存在着“S”形和“（?）”形两种基本形态“之”形线,而前进侧边缘则易产生孔洞缺陷。组织研究表明:孔洞缺陷位于上轴肩驱动区、下轴肩驱动区、搅拌针驱动区的交汇处,当三股塑性金属流动速度不能相互匹配时（低焊速或高转速）,就会在交汇处留下空腔形成孔洞缺陷;“之”形线缺陷由Al2O3和AlSi两类相构成,其中AlSi为6005A铝合金在熔炼过程中的结晶相,而Al2O3则是来自于对接面处氧化铝膜。力学测试结果表明:当接头含有孔洞缺陷时,裂纹在孔洞尖角处萌生,在剪应力主导下沿45°方向在焊核区扩展,接头的强度取决于孔洞的尺寸;当接头不存在孔洞缺陷时,“之”形线的存在不会诱发裂纹产生,断裂发生在临近焊核区的热影响区内,接头抗拉强度能够达到母材的80%以上。最后设计出了一种新型双轴肩搅拌头,有效地抑制了孔洞缺陷的产生,并运用响应面法设计正交试验建立了新型搅拌头工艺参数与接头强度之间的二元二次回归方程,获得了最优的工艺参数。针对枕梁用16mm厚6005A-T6铝合金型材,研究了对搭接形式下单轴肩FSW工艺、接头的组织和性能。试验结果表明,无论何种焊接工艺,对搭接FSW接头中都存在着Hook缺陷,它是原始搭接面在热、力双重作用下发生迁移的结果,Hook缺陷起于搭接面边缘,终止于热机械影响区/焊核区边界处,光镜下表现为裂纹形式,两侧晶粒有明显粗化现象,Hook缺陷尖端则表现出钝化特征;搅拌针越长,Hook缺陷与搭接面的角度越大且尺寸越小,有助于阻碍裂纹扩展;焊速增加,Hook缺陷尺寸减小,但转速对尺寸影响较小;Hook缺陷尺寸越大,接头抗拉强度越低,较小尺寸缺陷接头断裂于热影响区,断口有大量韧窝,为典型韧性断裂;而较大尺寸Hook缺陷接头拉伸断裂在焊核区边缘,为韧脆复合型断裂。运用线弹性断裂力学理论,建立了 Hook缺陷疲劳扩展评定模型,得到误差较小的临界扩展应力幅关系,根据不扩展条件对Hook缺陷进行了评定。