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Ti/Al异种金属结构在航空航天、高速铁路等领域有广阔应用前景，但其焊接性差、焊接难度大。论文采用搅拌摩擦焊技术对3mm厚TC4钛合金和2A14铝合金异种金属进行了连接，研究了焊接工艺对焊缝成形及接头力学性能的影响规律，并采用SEM、TEM、微区XRD等分析测试手段，分析了接头微观组织结构、脆性相的形成机制及其对接头性能的影响规律。研究结果表明：对于Ti/Al异种金属的搅拌摩擦焊，搅拌针轴线偏向铝合金母材、与Ti/Al对接面间的距离（偏移量，δ）对Ti/Al搅拌摩擦焊的焊缝成形和接头抗拉强度有显著影响，适当增加偏移量有利于获得性能较好的接头。δ=1mm时，接头容易产生纵向裂纹；δ=2mm、δ=2.5mm时，搅拌头旋转速度(n)在400r/min～700r/min，焊接速度(V)在20mm/min～80mm/min时，均能获得较优焊缝成形。δ=2.5mm时，接头抗拉强度随旋转速度、焊接速度的增加先增大后减小，当n=700r/min、V=60mm/min，接头抗拉强度为346.7MPa，达到铝合金母材的82.5%。焊接接头的拉伸断裂位置有断裂于热影响区、钛合金/焊核界面、Ti颗粒富集区三种。热影响区断裂方式为微孔聚集型断裂；界面处断裂方式为脆断；Ti颗粒富集区是由钛颗粒间的相互作用所形成的孔洞缺陷造成的。Ti/Al接头中，焊核区组织有分层现象：上部为条状细晶区、中部为铝合金动态再结晶区、下部为钛颗粒塑化区。前进边分布尺寸小的“流线型”钛颗粒；返回边分布尺寸大的“板条状”钛颗粒，沿板厚方向定向分布，易形成孔洞缺陷。增加偏移量，接合面组织由再结晶铝合金变为Ti/Al相间分布，焊核中孔洞数量减少，组织为洋葱环形貌；增大旋转速度、焊接速度，铝合金再结晶区缩小，洋葱环面积增大，焊核中钛颗粒分布均匀，接头力学性能优异；进一步增大旋转速度、焊接速度，塑化钛合金流动面积减小，组织杂乱无规律，接头力学性能变差。Ti/Al接头中主要有TiAl3和TiAl两种脆性相，在塑化钛合金流经区生成。TiAl相存在于焊核中，是Ti、Al原子通过扩散反应形成的，其尺寸为纳米级别、呈光滑椭球形，数量较少、未连成片状，对接头起弥散强化作用。TiAl3相存在于钛颗粒与铝基交界处，以Ti/TiAl3/Al相间分布的形式。钛合金/焊核界面处生成了厚度很薄（约几微米）片层状的Ti/TiAl3/Al混合组织和TiAl相。随δ增加，接头中脆性相数量减少；增大旋转速度、焊接速度，脆性相种类发生变化，由单一的TiAl3变为TiAl3、TiAl相，TiAl相数量呈现先增加后减小的规律。