搭接接头作为搅拌摩擦焊(FSW)中重要的接头形式之一,其在航空航天领域应用广泛。本文从优化搅拌针整体形貌的角度出发,设计并制作了三种搅拌头:二螺旋、四螺旋、六螺旋外凸涡状搅拌针搅拌头。本文运用了搅拌摩擦扩散焊的原理并以2024-T4铝合金为研究对象,探讨搅拌针的整体形貌对搭接接头的横截面和拉伸性能的影响。此外,采用FLUENT软件分析三种搅拌头在焊接过程中的的流动行为并建立相对应的材料流动物理模型。试验发现:(1)比较三种搅拌头的横截面可以知道,在外凸轴肩涡状搅拌针的作用下,焊接过程中的热塑性材料会向搅拌头的中心汇聚。焊接过程中汇聚在轴肩中心处的材料在轴肩压力的作用下会挤压搭接接头的搭接界面,从而使得搭接界面处的形貌呈现为中间薄、两边厚;(2)焊核区底部的宽度随着外凸轴肩涡状搅拌针数目的增加而明显增加,这是由于热塑性材料流动会随着搅拌针数目的增加更变得加剧烈,并因此带动更多的材料流动而导致的;(3)在不同的外凸涡状搅拌针搅拌头下,由于搭接界面处微裂纹的出现,不同转速下的断裂载荷呈现不同规律。最高的断裂载荷值(19518.34N)是在使用S-tool并且转速为500rpm下获得的,最低的断裂载荷值(10526.49N)是在使用T-tool并且转速为700rpm下获得的;(4)搅拌头形貌和焊接参数的合理搭配可以获得拉伸断裂模式,这表明上板与下板之间存在着较好的扩散连接效应。本试验也得到剪切断裂模式,这两种断裂模式均呈现为韧性断裂。