近年来,随着节能环保、海洋工程、石油化工、化学工业等领域的迅猛发展,对高端装备的需求与日俱增。高端装备的服役环境通常十分苛刻（如高温、高压、强腐蚀性介质等）,对设备用材的耐腐蚀性能和力学性能提出了很高的要求。超级奥氏体不锈钢具有十分优异的力学性能和耐腐蚀性能,成为高端装备急需的关键材料。然而,超级奥氏体不锈钢在传统熔焊过程中面临诸多问题:σ相等有害相析出,N逸出和N损失,焊接缺陷,焊件的力学性能和耐腐蚀性能恶化严重,焊件寿命显著降低。这些焊接难题严重制约了超级奥氏体不锈钢的工业化应用。作为一种固相连接技术,搅拌摩擦焊接过程不经历从固相到液相的转变,可有效抑制析出相形成,降低N损失,并减少焊接缺陷,显著提高焊件质量（尤其是力学性能和耐腐蚀性能）,延长焊件寿命。目前,搅拌摩擦焊接技术广泛应用于铝、镁合金和低合金不锈钢,在高合金不锈钢中的应用相对较少。尤其是关于高合金超级奥氏体不锈钢厚板的搅拌摩擦焊接研究基本为空白。因此,本文围绕超级奥氏体不锈钢654SMO厚板的双面搅拌摩擦焊接工艺开展研究。系统研究了焊接工艺对焊件组织和性能的影响规律。为解决超级奥氏体不锈钢焊接难题提供一种新的方法和途径,进一步推进654SMO的工业化进程。本研究采用 360 rpm-50 mm·min-1、360 rpm-50 mm·min-1-水冷和 360 rpm-100 min·min-1三种双面焊接工艺对超级奥氏体不锈钢654SMO进行了搅拌摩擦焊接,获得了表面质量良好、焊缝组织均匀、无缺陷和氮损失的焊件。三种焊接工艺下,焊缝正反面组织呈中心对称分布,组织特征基本一致。在热循环和强烈的机械搅拌综合作用下,SZ区发生了明显的动态再结晶,晶粒显著细化。晶粒尺寸:BM>360-50-SZ>360-50-水冷-SZ>360-100-SZ。由于搅拌头磨损,W-Re颗粒掺进焊核区形成带状组织,磨损程度:360-50>360-50-水冷>360-100。此外,焊核区由于热输入量较高,形成了少量细小的σ析出相。析出相的数量多少和尺寸大小顺序:360-50>360-50-水冷>360-100。晶粒细化、高密度位错和亚结构的联合作用提高了焊缝的硬度。W-Re颗粒和晶界析出引起的析出强化为焊件的主要强化机制,同时存在一定的细晶强化和位错强化。在几种强化机制的综合作用下,焊件的屈服强度提高,抗拉强度和塑性明显下降。360-50和360-50-水冷焊核区中W-Re磨损颗粒更多、分布更为集中,屈服强度的提高以及抗拉强度和塑性的下降更为明显。360-100焊核区中W-Re磨损颗粒相对较少,其强度与母材相当,延伸率略有降低。晶粒细化和W-Re磨损导致焊件的冲击韧性明显下降,冲击韧性顺序:360-100>360-50>360-50-水冷。点蚀主要发生在W-Re颗粒和基体界面处,并向W-Re颗粒内部扩展。耐点腐蚀性能与焊核区磨损颗粒的总量呈负相关,因此耐点腐蚀性能顺序为360-100>360-50-水冷>360-50。焊核区析出相和磨损颗粒共同诱发了晶间腐蚀,耐晶间腐蚀顺序为:360-100>360-50-水冷>360-50。综合考虑焊缝组织均匀性、力学性能和耐腐蚀性能的优越性,超级奥氏体不锈钢654SMO厚板的最佳搅拌摩擦焊接工艺为:360 rpm-100 mm·min-1。