针对薄板铝合金常规搅拌摩擦焊接过程中出现的问题:轴向力大、减薄严重、热影响区较宽等缺点,本文确立了薄板铝合金轻量化搅拌摩擦焊接装备及工艺研究课题。文中阐述了薄板铝合金轻量化搅拌摩擦焊接装备原理和组成,在完成焊接实验平台研制的基础上,分别对3003和6061铝合金进行了焊接试验。结果表明,该装备具有转速高、体积小、焊接轴向力小等优点,能够有效实现1mm、2mm的3003和6061铝合金板的对接试验,基本满足了薄板铝合金的轻量化搅拌摩擦焊接要求,为后续焊接工艺优化和规律的摸索打下基础。该焊接装备的机械部分包括:铸造结构的静龙门,X、Y、Z方向丝杠和滑轨、平面测力工作台组成;电气部分主要包括:三维数字运动控制系统、可编程控制器、红外温度传感器、高速电主轴及其驱动器、平面测力传感器、轴向力检测装置、信号采集系统。该装备的突出优点是转速高、体积小、所需要的轴向力小,可以检测搅拌摩擦头承受的轴向力、前进阻力和侧向力、搅拌头四周焊接区域表面设定点的温度变化。针对1mm厚的3003铝合金板的进行对接试验,最佳工艺参数为转速11000rpm、焊接速度1000mm/min。在预热阶段和收尾阶段,搅拌摩擦头所受的前进阻力和侧向力则不超过50N,在焊接过程中,通常不超过300N,且随着焊接速度的增加而增大。通过对焊缝断口分析,发现接头断口呈韧性断裂,但是抗拉强度和硬度却有所下降,其原因是3003铝合金的强化形式是冷作硬化,焊接热作用导致了接头部位冷作硬化效果消除。通过电化学腐蚀试验发现,3003铝合金经过高转速搅拌摩擦焊之后,抗腐蚀能力略微下降,这主要是因为高转速搅拌作用破坏了原有的微观组织结构。针对1mm厚的6061铝合金进行对接焊接试验,其最佳的焊接工艺参数为:旋转速度10000rpm、焊接速度300mm/min,使用该工艺参数焊接获得的焊接接头变形小、无隧道、裂纹等焊接缺陷。其焊接接头的抗拉强度达到了母材的87.2%,硬度达到了母材的72.7%;通过观察微观组织结构发现,6061铝合金经高转速搅拌摩擦焊之后,焊核区、热影响区组织均发生了明显变化,焊核区晶粒尺寸明显得到细化,热影响区晶粒略微长大;通过电化学腐蚀试验发现,6061铝合金经过高转速搅拌摩擦焊之后,抗腐蚀能力提高,这是由于焊核的晶粒细化、尺寸分布更均匀且析出相的分布更弥散,从而使得焊核表面形成微观腐蚀电池的倾向降低所致。试验证明:高转速搅拌摩擦焊能快速有效的完成6061铝合金的焊接,获得力学性能良好的焊接接头,同时保证热影响区微观组织较好。