随着我国“海洋强国”战略的提出,船舶制造的轻量化、大型化成为新的发展趋势,1561铝合金耐腐蚀性好、比强度高,是制造大型铝合金船舶的优质材料。对船用铝合金焊接时,熔化焊方式易导致接头出现气孔和裂纹缺陷,而搅拌摩擦焊（FSW）方式凭借其固相连接优势,广泛运用于航空航天、船舶制造、电子电力等工业领域中。近年来,为解决船用铝合金复杂形状工件的全位置FSW焊接需求,我国开始引进机器人FSW设备,但该设备目前只能采用恒位置控制方式进行焊接,易出现因关节变形而导致的焊缝压深不均现象。基于此,本文开展机器人FSW设备控制系统的研究,实现采用恒压力控制方式对1561铝合金的FSW焊接,并对接头力学性能及微观组织进行分析,为提高接头质量提供理论依据。本文主要完成了以下工作:对机器人FSW设备的控制系统进行了研究。在机器人FSW设备上采用PLC+触摸屏+变频器方式集成了电气控制系统,采用工控机+PLC AI/AO模块+传感器方式集成了恒压力控制系统,实现了恒压力控制机器人FSW焊接过程,设备最大下压力为12 k N,最高搅拌头转速为6000 rpm,最快焊速为2 m/min。通过对集成后的机器人FSW设备的工艺性能进行验证,选取了恒压力控制方式和同心环轴肩搅拌头用作船用铝合金FSW焊接,且对曲面工件进行FSW焊接时,焊缝表面成形良好。对1561铝合金FSW工艺及接头力学性能进行了研究。结果表明,工艺参数选取不当时会产生焊缝表面压深不足、沟槽、飞边,内部孔洞和未焊透缺陷;工艺参数为800-200-10(搅拌头转速/rpm-焊速/mm·min^-1-下压力/k N)时,接头抗拉强度达到最高值358 MPa,为母材的91.6%;接头显微硬度呈W型分布,母材（BM）硬度值最高,热影响区（HAZ）靠近热机影响区（TMAZ）一侧硬度值最低。在此基础上,采用响应面法建立了工艺参数与接头抗拉强度间的模型方程,预测出的最优工艺参数为700-150-9.5,对应的接头抗拉强度为364.47 MPa,为母材的93.2%,实际试验结果为362.8 MPa,为母材的92.8%,模型方程预测精度较高。对接头不同区域的微观组织进行了研究。结果表明,BM晶粒呈板条状,平均尺寸为6.0μm;HAZ晶粒受热发生长大,平均尺寸为10.9μm;TMAZ发生部分动态再结晶,晶粒被拉长且具有方向性,平均尺寸为6.8μm;搅拌区（SZ）发生动态再结晶,晶粒呈细小等轴状,平均尺寸为4.0μm。BM晶粒内分布有大量尺寸较小的位错胞结构,TMAZ和SZ中均发现有位错墙和亚晶界结构,结合晶界取向差分布得出,由BM向SZ过渡时,位错密度逐渐下降。形变强化和细晶强化为接头主要强化方式,且前进侧HAZ靠近TMAZ一侧为力学性能薄弱区。研究结果表明,集成了控制系统的机器人FSW设备,能满足船用铝合金复杂形状工件的全位置FSW焊接需求,通过开展1561铝合金的FSW焊接试验,对接头力学性能和微观组织进行分析,也可看出恒压力控制FSW焊接方式能有效提高接头质量,为下一步推广应用打下基础。