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搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding,FSSW)是一种新型的点连接技术,已经成功应用于航空航天、轨道交通及其他领域。该技术与传统熔化点焊及铆接相比较,具有接头强度高、质量好、节能环保及投资小等一系列特点,是一种“绿色点连接技术”。许多学者研究了搭接方式、工艺参数等对接头的显微组织、硬度及其他力学性能的影响。目前,FSSW的研究和应用主要集中在铝合金领域,在镁合金连接方面的研究相对较少。由于FSSW工艺的影响因素较多,接头组织形成机理复杂,对于FSSW过程热输入及材料流动过程进行研究有利于更好的理解FSSW过程的本质,从而更好的指导工艺设计。本文以2.5mm厚的AZ31镁合金板材为研究对象,研究了FSSW工艺参数对焊接过程的温度、材料流动以及接头组织和性能的影响,并对镁合金水下FSSW这一新工艺进行了探索研究。基于田口方法研究了FSSW工艺参数对AZ31镁合金板材连接质量的影响,并对FSSW工艺参数进行优化。研究表明,搅拌头旋转速度对接头最大拉伸力影响最大,其次为停留时间,而压下量的影响最小,且其对接头最大拉伸力的贡献率分别为72.15%、19.68%及2.36%。试样焊点获得最大抗拉载荷的最佳工艺参数组合:旋转速度1000rpm、压下量4.6mm及停留时间5s。拉伸承载能力最强试样的冶金结合区最大,拉伸变形量也最大,但搅拌区硬度值最低,并且其断裂方式为韧-脆混合型断裂。当FSSW工艺参数选择不当或装配不合理时,接头将出现飞边、毛刺、焊点成形不连续以及塑性环氧化磨损等缺陷。采用热电偶测温和铜箔标示材料流动等方法,研究了工艺参数对AZ31镁合金FSSW接头温度曲线及材料流动过程的影响。FSSW过程温度变化的主要影响因素为旋转速度,并且温度因素对接头SZ晶粒尺寸影响更明显。其他工艺参数保持不变的条件下,随着搅拌头转速的增大接头峰值温度增大,材料流动状况增强,但搅拌区晶粒粗化,硬度降低;接头的峰值温度随着压下量的增大呈现波动上升趋势,改变下压量并不能明显的改变接头温度,材料流动状况则是先增强后趋于平稳,且当压下量处于较小的水平时(如4.3mm),搅拌区晶粒动态再结晶长大不明显,硬度值较高,而压下量较大(如≥4.5mm)的情况下搅拌区金属发生较明显的再结晶晶粒长大,硬度值降低;当停留时间为5s时接头峰值温度最高,相应的搅拌区晶粒尺寸也达到最大值,硬度值最低。此外,AZ31镁合金搅拌摩擦点焊接头分区硬度值大小排序:搅拌区>热机影响区>热影响区。初步探讨了水下FSSW(Submerged Frition Stir Spot Welding,SFSSW)AZ31镁合金接头的组织及性能。由于水的强制冷却作用,SFSSW搅拌区晶粒相比空气中FSSW发生了更明显的细化,形成了更细小均匀的等轴状组织。搅拌区硬度相比空气中FSSW有急剧的增高,接头平均最大抗拉载荷相比空气中FSSW接头最大抗拉载荷提升15.7%,接头的拉伸断裂变形量相比空气FSSW时提升62.2%。接头断裂方式为韧-脆混合型断裂,断口韧窝的存在说明接头有较好的塑性变形能力。