镁锂合金作为一种新型的超轻材料,以其高比强度和比刚度、优良的塑性和冲击韧性被逐渐应用于结构轻量化之中。熔焊方法焊接镁锂合金易出现晶粒粗化、合金元素烧损等问题,作为固相连接技术的搅拌摩擦焊克服了熔焊的缺陷,是一种适合镁锂合金焊接的方法。本文根据薄板焊接的特点,设计一种由内凹轴肩、锥形螺纹搅拌针构成的焊具,对2mm新型LA103Z镁锂合金进行了搅拌摩擦焊研究。试验结果表明,在大工艺窗口下都能获得优良的焊缝表面和背面成形,高焊速下出现了底部未焊合缺陷。焊核区发生了完全动态再结晶,晶粒呈等轴状且显著细化;热机影响区发生部分再结晶,其他晶粒受机械作用而偏转,前进侧和后退组织不对称;热影响区仍保持与母材相似的轧制态组织。焊核区和热机影响区显微硬度显著升高,并且前进侧高于后退侧,α相硬度大于β相导致硬度波动分布;焊缝由上至下硬度递减。焊缝整体显微硬度随转速提高而增加,随焊速不同出现最大值,为76.5Hv。焊缝抗拉强度显著提高,最大值为277MPa,相比母材提升约58%;延伸率大幅下降,最小仅为8.9%。大部分试样断在后退侧焊核区,大多数呈45°角剪切断裂,断裂面为锯齿状。断口形貌特征为大量韧窝为主夹杂少量解理台阶状结构。使用CCD方法设计响应面,拟找到最优转速和焊速组合。采用了优化的二阶模型拟合,得到的最优工艺参数为转速932rpm、转速106mm/min,对应抗拉强度为278MPa,实验验证的抗拉强度为279MPa。焊核区晶粒明显细化,平均晶粒尺寸为2.7μm。焊核区和母材的主要物相为α-Mg相、β-Li相、弥散分布的球状相及富Si的棒状相。β相的择优取向为（110）晶面,焊后α相择优取向改变,另有AlLi相和Li2MgAl相存在。WNZ中α相边缘破碎、溶解,且部分α相衍射峰强度下降,说明α相在WNZ中固溶程度增大。细晶强化和固溶强化是焊缝的主要强化机理。