搅拌摩擦焊技术经过30年的发展,如今在汽车、轨道交通、航空等多个领域发挥着越来越重要的作用,特别是对于铝-镁合金等传统融化焊接难以获得可靠焊接性能的金属,应用搅拌摩擦焊技术可以有效避免气孔、砂眼等缺陷,提高接头强度,使得对结构强度有较高要求的场合采用铝合金替代钢铁实现轻量化成为了可能。搅拌摩擦焊接是一个热-力多场耦合的过程,涉及复杂的材料性能变化,研究手段的匮乏使得人们对这一过程的变化机理还未完全了解。因此,本文对5083-O铝合金的FSW过程进行了较为全面的研究。基于耦合的欧拉-拉格朗日方法,在国内首次运用质量缩放技术建立了高效的有限元仿真模型,大大提高了仿真效率。建立修正库仑摩擦接触关系,得到了不同焊接工艺下的温度场,与实验结果对比证实了该模型的准确性。研究发现:前进侧温度高于后退侧温度,这一差值与选取的焊接工艺有关;同一焊接工艺下焊缝表面峰值温度不是一成不变的,焊接工艺不同,其对应的温度变化趋势也不同;峰值温度随转速的增大而升高,但增长速度会下降,且最高温度低于熔化温度;峰值温度随焊接速度增大而降低,但降低速度也会下降。本文采用不同的FSW焊接工艺对8mm厚5083-O铝合金板材进行了焊接,同时测量焊接过程中前进侧和后退侧的温度变化;对不同焊接工艺焊接的接头分上下两层进行拉伸实验,发现焊缝上下两层的力学性能存在显著差异:焊缝下层的力学性能优异而稳定,拉伸强度均超过288MPa;焊缝上层力学性能与焊接工艺密切相关,当采用1500rpm转速、300mm/min焊速的焊接工艺时,焊缝上下两层拉伸强度均超过母材,最高达到310MPa;测试焊缝表面硬度发现垂直于焊缝方向上,硬度曲线呈“W”形,焊缝中心因细晶强化效果硬度高,热影响区硬度小,曲线具体形状与采用焊接工艺相关。用扫描电镜观察断口形貌发现:焊接转速过高或者焊接速度过快都会导致接头韧性变差。