搅拌摩擦焊作为一种固相连接过程,以其绿色、无污染,低能耗等独特的优点近年来在国内的发展非常迅速,已经在航空航天、船舶制造等领域广泛应用。但在薄壁铝合金工件焊接的应用过程中还存在焊接工艺参数的选取、搅拌头的设计和焊接过程中搅拌主轴作用力的监测问题需要解决,这些问题都与焊缝的焊接质量有着直接的影响。本文通过对搅拌摩擦焊技术的焊接原理及现阶段的发展情况进行分析总结,针对薄壁搅拌摩擦焊设备中焊接过程中焊接工艺参数的选取、搅拌头的结构尺寸设计涉及的关键技术进行研究,通过设计并研制了基于单向压力传感器的测力平台,解决焊接过程中搅拌主轴受力状态的监测,为搅拌摩擦焊接生产过程中焊接工艺参数的选取及工艺参数的优化提供试验数据。论文的主要内容包括:(1)搅拌摩擦焊焊接工艺参数的选取。根据搅拌摩擦焊的工件原理,通过理论计算,获得工件焊接过程中对搅拌头输入热量的要求,计算出焊接主轴应采用的焊接工艺参数要求,然后通过建立有限元模型,对所计算出来的焊接工艺参数进行焊接过程的温度场分析,验证搅拌摩擦焊生热模型的准确性,为优化工艺参数的选取提供理论依据。(2)基于流动场分析的搅拌头结构设计。通过对焊接过程中的流动场进行建模分析,得到焊接过程中流动场的材料流动规律,利用材料的流动规律进行搅拌头的结构设计,并对选的搅拌头结构进行校核计算,然后利用VB语言开发了搅拌头结构参数化设计软件,用于快速设计出合适的搅拌头工具。(3)搅拌摩擦焊三向力监测装置的研究与实现。通过分析焊接过程中搅拌主轴的受力特点,对焊接过程中搅拌主轴受力监测提出了多种方案。经过分析比较各个测力方案,最终确定利用单向压力传感器搭建了搅拌主轴受力状态的监测平台,并完成了该方案的详细设计,加工出相关的零件,完成了搅拌主轴测力平台装置的搭建。(4)搅拌摩擦焊试验的验证。利用有限元分析得到的焊接工艺数据及设计加工的搅拌头焊接工具进行搅拌摩擦焊试验,成功进行了焊接试验,并对得到的焊缝进行质量性能测试,得到的测试结果表明,分析数据符合焊接要求。