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本课题中采用摩擦塞补焊（Friction Plug Welding,简称FPW）技术成功实现了φ8mm塞棒与45°塞孔之间的有效连接。利用控制变量法对塞棒与塞孔的结构配合进行优化;用BBD法构建的数学模型对FPW焊接工艺参数进行优化。采用温度记录仪、OM、SEM、EDS、XRD和传感器研究FPW接头附近的温度场、金属流动性、微观组织、第二相分布和耐蚀性能,并研究了FPW接头的力学性能,包括拉伸断口、塞棒轴向力的测定、弯曲性能和显微硬度,进而分析了FPW接头的失效规律和断裂机理。在FPW焊接中,针对5mm板厚,在φ8mm塞棒与塞孔45°的结构配合下焊接效果最好。通过响应面分析和方差分析表明,对FPW接头拉伸性能的影响程度由高到低依次为主轴转速>顶锻速度>焊接时间。主轴转速在21602360rpm范围内,焊接时间25±1s内,通过增大顶锻速度可以持续提高FPW接头的焊接质量。在工艺参数为主轴转速2254rpm、焊接时间25s和顶锻速度2 mm/s时配合最优,接头抗拉强度可达262.34MPa,达到母材强度的82%。当主轴转速为2200rpm时,板材上表面距离轴肩外边缘5mm处的最高温度可达461.66℃,同一位置板材上下层的温度差为49.49℃。焊缝下层所受的温度最低,使其该层的焊缝根部由于热输入量不足成为整个FPW接头的薄弱区。随着主轴转速的增大,接头的微观组织成形越来越好。FPW接头从上层至下层,塞补焊热力作用影响的范围逐渐减小,PTMAZ区出现了“多环形结合线”的现象。随着主轴转速的增大,FPW接头各区域β相的尺寸变得更大,分布范围更广。FPW接头在3.5%NaCl溶液中有较好的耐蚀性能。接头各区域的耐蚀性能由强至弱依次为FIZ>BTMAZ>PM>BM>HAZ。溶液中形成Al-Si原电池体系时,α-Al基体作为阳极被溶解,单质Si作为阴极被保护;形成Mg2Si-Al原电池体系时,α-Al基体作为阴极被保护,Mg2Si相则作为阳极被溶解。FPW接头拉伸断口上部轴肩接触部位的等轴韧窝尺寸相对于母材的韧窝变大且撕裂棱明显,BTMAZ区的韧窝边缘尖锐且撕裂棱较为粗壮,焊缝根部断口呈层片状且韧窝平而浅。拉伸裂纹沿着焊缝根部弱连接缺陷处起裂进而沿FIZ区向焊缝表面迅速扩展直至断裂,属于韧性断裂模式。在主轴转速1800rpm时,塞棒所受的轴向力整体来看最高,顶锻力最高可达767.36kg;当顶锻速度2mm/s时塞棒所受的轴向力最高可达960.84kg,随着顶锻速度的增大,测得塞棒轴向力明显变大,可以通过增大顶锻速度来提高FPW接头的焊接质量。随着主轴转速的增大,FPW接头的弯曲性能呈现出先增大后略有减小的趋势。当转速为2200rpm时,接头的抗弯强度最大为1203.75MPa,弯曲伸长率可达8.86%,弯曲角度最大为135°。弯曲裂纹均从试样长度方向的一侧结合线处起裂并迅速扩展直至断裂。FPW接头在垂直和水平方向上硬度均呈“W”形分布。在水平方向上,上、中、下三层的硬度最低值分别为55.65、66.62、71.81HV,呈现出递增的趋势。在垂直方向上,硬度变化趋势为:BM区的显微硬度最高,跨入HAZ区后逐渐降低,在HAZ区和BTMAZ区的结合处硬度降至最低值60±5HV,之后又逐渐上升至稳定阶段。