本文选用四种形状的搅拌头对8mmLY12-M与LY12-CZ铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,通过观察焊缝横截面宏观形貌的变化,分析搅拌头形状及焊接工艺参数对焊缝塑性金属在焊缝厚度方向迁移行为的影响;建立了焊缝塑性金属三维流场的物理模型,利用有限元流体力学分析软件FLUENT,根据试验参数确定流场的定解条件,分析了塑性金属的三维速度场、流线轨迹。研究结果表明:塑性金属在焊缝厚度方向产生迁移的驱动力来自于搅拌针表面螺纹。采用搅拌针表面为左旋螺纹的搅拌头焊接时,螺纹对金属的压力和螺纹表面与金属间的摩擦力共同迫使螺纹内的金属作螺旋向下运动,塑性金属从搅拌针根部进入螺纹并最终从搅拌针端部脱离后形成球型的挤压区。这种挤压区即是焊缝横截面上所观察到的呈“洋葱瓣”花纹状的焊核。通过对塑性金属在焊缝厚度方向迁移行为的定量分析发现:单位时间内塑性金属在焊缝厚度方向的迁移量与焊接参数有关,增大搅拌头轴肩下压量和在一定范围内增大搅拌头旋转速度与焊接速度的比值n/v都能使单位时内塑性金属的迁移量增加,焊缝厚度方向的“抽吸-挤压”效应增强,其宏观表现为焊核横截面积的增大。随着搅拌针表面螺纹头数的增加,单位时间内塑性金属在焊缝厚度方向的迁移量逐渐增大,“抽吸-挤压”效应增强,焊核横截面积逐渐增大,并且焊核横截面积随搅拌针表面螺纹头数的变化关系在不同焊接工艺参数下未发生改变。模拟结果表明,塑性金属在焊缝厚度方向上发生了环形迁移,螺纹内塑性金属的迁移速度随着螺纹间距的增大而提高;增加搅拌针表面螺纹头数使得单位时间内有更多的金属沿螺纹向焊缝底部迁移,焊接过程中的“抽吸-挤压”效应逐渐增强。