搅拌摩擦焊接（FSW）技术能有效规避传统熔焊工艺焊后变形大、接头易出现气孔乃至严重影响接头理化性能等问题的出现。薄壁构件焊接时有效塑化金属量少,散热快,采用常规转速焊接易出现未焊合、焊缝质量差等问题;而高转速搅拌摩擦焊（HR-FSW）技术,以更高的转速增加接头热输入,提高产热、改善材料流动性能,从而益于薄板接头成形。FSW是一个综合了非线性、接触、摩擦生热、金属流动、塑性变形以及结构-热耦合的复杂过程,只有较好地建立热循环作用、焊接应力、金属流动行为、焊缝成形等多因素的相关性,才能更好地实现焊接质量的主动调控。本研究基于1 mm厚的6061-T6铝合金薄板,采用数值模拟分析为主,试验研究为辅的方法,系统地研究了焊接参数对热循环温度的影响,了解铝合金薄板HR-FSW过程热循环温度作用机制;对焊后板材进行应力分析并建立薄板HR-FSW塑性金属流动行为的数值分析模型,探讨热循环作用下,焊接应力分布及塑性材料流动特性,阐明塑化金属流动行为对焊缝成形的影响机制;利用多种分析测试方法,探讨不同焊接参数下热循环作用对接头组织和力学性能的影响规律,进行热循环温度-残余应力-金属流动-组织-力学性能的关系研究。研究具体内容如下:为了研究薄板铝合金温度分布特征,充分考虑机械顶锻、摩擦、剪切和下压等作用,建立了铝合金薄板HR-FSW过程温度场数值分析模型,结合测温试验,验证了模型的准确性,并得到薄板HR-FSW热循环温度关于焊缝中心非对称分布的特征,前进侧（AS）热循环温度峰值高于后退侧（RS）,且高温区域更宽;焊核区热循环作用最为显著,热循环高温区域随转速提高而变宽,焊速与接头热循环温度峰值呈负相关。基于上述分析进行了薄板HR-FSW焊后应力以及金属流动行为研究。采用热-力耦合方式,分析了热应力与机械应力的综合作用,发现由焊缝两侧温度分布不均匀及机械应力的作用下,残余应力分布不对称。当转速10000 rpm,焊速300 mm/min时,HR-FSW接头所能承受的最大等效应力为139 MPa。由于前进侧（AS）受机械作用及冷却收缩作用的叠加,冷却阶段热循环温度梯度大,应力较为集中,在轴肩作用边缘处达到纵向残余拉应力峰值117.6 MPa。但是近焊缝区受到不均匀加热及冷却,易发生断裂。与此同时,基于热分析结果对金属流动行为进行预测,发现AS与RS流动速度不等,与温度分布结论相对应。当转速提高,热循环温度作用明显,残余拉应力区域变宽,塑性金属软化,流动性能提升,转速14000 rpm,焊速300 mm/min时的金属流速达到1.209 m/s。搅拌头轴肩作用随厚度增加而减弱,金属流动速度降低,RS塑化金属流动趋势在水平方向差异较大。通过HR-FSW接头的宏-微观组织观察,结合金属流动分析结果可知:受金属软化作用影响,焊缝有效承载厚度与焊速呈正相关,随转速提高略有减小。AS流动性较好,流动金属与母材间的变形差较大,结合界面清晰。转速提高,接头热循环作用显著,促进金属流动,热机影响区内组织结构差异性减弱,与焊核区的结合界面逐渐模糊。12000 rpm,300 mm/min时热循环温度达到374.6°C,焊核区晶内析出相增多。进一步分析不同焊接参数下热循环温度对接头组织和力学性能的影响,依据力学性能测试分析可知:接头截面硬度分布呈“W”型,转速提高导致接头热循环作用加强,软化区域变宽。AS流动性较好,因此对应HAZ的软化程度最高,硬度分布差异大;焊速决定热循环作用时长,直接影响接头的力学性能,12000 rpm,300 mm/min时,接头抗拉强度达到237 MPa,约为母材的81.72%,综合性能最优。拉伸试验结果以韧性断裂为主,基于应力及金属流动行为预测并结合SEM分析较好地验证了拉伸试样主要断裂在RS热影响区位置的原因。