铝合金本身密度小、比强度高的特性,被逐渐应用在汽车轻量化设计中,但是传统熔化焊焊接薄板铝合金焊接时容易出现变形、烧穿并且接头强度不高等问题。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,在焊接铝、镁等有色金属时有明显的优势,但是采用搅拌摩擦焊技术焊接超薄铝合金在国内鲜有报道,本文采用搅拌摩擦焊对0.5mm厚6061-T4铝合金进行焊接,通过研究分析薄板铝合金的焊接特点,根据其特点设计适合于超薄板焊接的小针大轴肩式搅拌头,探索了合适的焊接参数,建立了工艺优化窗口,分析了焊接参数对接头表面成形、接头微观组织、力学性能和断口特征的影响,明晰了超薄板搅拌摩擦焊接头金属的流动行为。搅拌摩擦焊技术应用于超薄板的焊接是一个全新的领域,超薄板焊接时存在母材易被撕裂、焊缝难以成形、接头强度难以保证和装卡精度要求高等问题,为了解决超薄板焊接的问题获得质量良好的接头,设计了搅拌针形状不同的大轴肩焊具用于超薄板的焊接,轴肩直径为6mm,内凹角为3°,搅拌针的形状为圆锥形,且为了增强搅拌作用,在圆锥形基础上等距离切出三条棱,对0.5mm厚6061-T4铝合金进行焊接。研究表明焊接参数对接头表面成形有很大影响,合适的焊接参数下可以获得减薄量小于2%的接头。当转速高于1500rpm时可以获得表面成形良好的接头,周向存在平台的焊具在1500rpm时,焊接速度在500-800mm/min时获得的接头表面成形优于圆锥形搅拌头。分析了焊接参数与力学性能、断口形貌和缺陷类型的关系,采用周向存在平台的焊具,在1500rpm,500mm/min条件下,接头的抗拉强度和延伸率可以达到220.29MPa和11.65%,而且相比于圆锥形搅拌头,周向存在平台的焊具扩大了超薄板焊接的工艺窗口;焊接工艺参数在1500-1750rpm和300-500mm/min变化时,都能得到性能良好的接头;观察接头断口形貌,没有焊接缺陷接头的断裂方式均为韧性断裂。当焊速大于600mm/min或者转速低于1250rpm时,接头容易出现孔洞和底部未焊合缺陷,这主要是由于热输入不够,金属流动性差,容易出现缺陷。为了研究超薄板焊接时接头的金属流动行为特征,此实验采用圆锥形搅拌头,在相同焊接参数条件下对0.5mm、1mm和2mm厚的铝合金进行焊接,从接头横截面、纵截面和水平面三个不同截面的四个位置进行对比分析,讨论了超薄板焊接时的金属流动特征,发现超薄板焊接时,塑性金属在厚度方向流动时受到轴肩和底部垫板的制约,金属流动以水平流动为主;焊接时焊接热输入易传到焊缝底部,整个轴肩下部金属都处于较高温度,焊核区内金属流动产生的粘滞力带动金属变形范围变大,轴肩对金属流动变形作用加强,搅拌针作用减弱。