目前，搅拌摩擦连接技术虽然在国内已经取得了一系列的成就，并且在工业上的应用也越来越广泛，但在其机理方面的研究还相对滞后，尤其是在其连接接缝处的表面形貌研究方面。为此，本文以2024铝合金为研究对象，结合实验分析对搅拌摩擦连接接缝的表面形貌特征、成形机理及其缺陷优化进行了系统研究，主要研究工作和取得的成果如下：1.建立了接缝表面形貌的特征图谱。以2024铝合金为基础进行搅拌摩擦连接实验，获得了35组工艺参数组合下的接缝，并以此分别建立了接缝处的飞边形貌图谱及接缝起始端、稳态区域、末端及匙孔区域的表面形貌图谱。2.开发了接缝处表面弧形纹间距的图像识别系统。根据接缝处表面弧形纹图像的特点，基于MATLAB开发了接缝表面弧形纹间距图像识别系统，提供了图片批量化的自动识别功能；并以此为基础获得了搅拌摩擦连接工艺参数对接缝处表面弧形纹间距的影响规律，推导出表面弧形纹间距的数学模型。3.对接缝处表面飞边的形成过程进行了研究。分析了材料被挤出工件表面形成飞边的过程，建立了飞边流动模型，并解释了接缝后退侧飞边量总是大于前进侧飞边量的实验现象。4.对表面弧形纹的成形原因及其成形过程进行了深入研究。指出：搅拌摩擦连接过程中，其偏心旋转的主轴导致搅拌头轴肩外圆周面对材料的挤压作用是接缝处表面弧形纹形成的原因，并通过Deform仿真对此进行了验证。5.提出了接缝处表面缺陷的优化方法。设计并制造出一种轴肩带凹槽的搅拌头以在搅拌摩擦连接过程中实现切除飞边的效果，并得到试验验证；且在此基础上提出了一种等厚度接缝的搅拌摩擦连接新方法。