本文以7075铝合金为研究对象，考虑搅拌摩擦焊过程中粘度参数随温度的变化关系以及搅拌头的实际结构，利用ANSYS FLUENT软件对搅拌摩擦焊过程材料的流动行为进行了数值分析，研究了改变轴肩结构和搅拌针形状对材料流动的影响规律，进而提出在搅拌摩擦焊接过程中能够很好地促进材料流动的一种搅拌头的形状参数。同时进行搅拌摩擦焊试验，采用焊缝横断面切割的方式提取出搅拌摩擦焊接过程中初始阶段、稳定阶段和停止阶段三个过程不同位置焊缝截面的试验结果，详细分析了搅拌摩擦焊接过程中三个阶段塑性金属的流动规律，以及焊缝不同截面材料的流动趋势，并且研究了焊接工艺参数的对试验过程中材料流动的影响。模拟方面结果表明，焊接过程中的当搅拌头轴肩为平面时，轴肩边缘处材料的流动速度最大，在焊接过程中顺时针旋转时，对于左螺旋搅拌针，搅拌针附近的材料向下流动，而热机影响区材料的流动方向向上，当搅拌针为右旋螺纹时，材料的流动方向相反；当轴肩结构发生变化时，焊件表面及内部的材料流动趋势基本相同；当搅拌头轴肩形状为同心圆或内凹时，材料流动速度的最大值出现在轴肩凹槽位置，且材料流动速度在轴肩结构为同心圆时最大，在轴肩结构为平面时最小，因此，轴肩结构为同心圆形的搅拌头要优于轴肩是内凹形搅拌头和轴肩为平面的搅拌头；当减小搅拌针的锥角以及减小搅拌针的螺纹槽宽度时，焊件内部材料的流动速度得到提高。基于上述研究结果，建立一种新型的搅拌头模型，即轴肩为螺旋形，搅拌针锥角以及螺纹槽宽度适中的搅拌头，数值模拟结果显示，此种形状搅拌头能够使材料流动的更加充分，从而得到良好的焊接接头。对于焊接参数改变时，材料流动数值模拟结果显示，随着搅拌头旋转速度的增加，搅拌头附近区域材料流动更剧烈，且高速流动的材料区域范围变大；焊接速度的提高对搅拌头及其附近区域材料的流动影响不大。试验方面结果表明，在焊接工艺参数相同的情况下，焊缝表面材料有向下流动的趋势，焊缝的热机影响区域材料有向上流动的趋势，焊缝底部材料的迁移量几乎为零；焊缝返回侧材料的迁移量比前进侧材料的迁移量大；并且在焊接停止阶段材料的迁移量达到最大；焊接工艺参数改变时，当搅拌头旋转速度不变，材料的迁移量随着焊接速度的增加而减小；当焊接速度不变，材料的迁移量随着旋转速度的增加而增加。