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镁合金和铝合金具有密度小,比强度和比刚度高等优点,已被广泛应用于航空航天领域中。为了充分利用两种材料的优点且实现材料的优化配置,Al/Mg异种材料连接变得十分迫切,已成为焊接领域研究的热点和难点。作为一种固相连接技术,搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)更易获得优于基于熔化焊的Al/Mg异种材料焊接接头,但存在的金属间化合物严重影响了接头性能。为了减弱金属间化合物对Al/Mg异种材料FSW接头的影响,本文提出了超声与静止轴肩辅助下的搅拌摩擦焊工艺方法。以6061铝合金/AZ31镁合金为研究对象,对黏头、接头表面成型、显微组织、断裂模式等进行研究与分析,深入探讨Al/Mg异种材料FSW的焊接机理,主要研究内容与成果如下:针对焊接过程中出现大飞边与搅拌区(Stir Zone,SZ)厚度减薄的问题,基于抑制缺陷提高接头综合力学性能的思想,提出了外部辅助静止轴肩工艺。建立了静止轴肩FSW过程材料流动的物理模型,从防止SZ材料外溢与增加SZ顶锻力等角度阐述了静止轴肩可改善材料流动行为且扩大Al/Mg焊接接头成型参数范围的机理。当旋转速度为1000rpm、焊接速度为60mm/min时,静止轴肩工艺下3mm厚对接接头的抗拉强度达到137MPa,比常规工艺提高了28.0%。为缓解搅拌针黏着现象、拓宽焊接工艺参数范围及提高焊接质量,利用超声振动和声流耦合效应,提出了静止轴肩与超声双重作用下的工艺方法。对不同焊接热输入下超声对黏头、表面成型、内部成型、金属间化合物形态、力学性能与断裂位置的影响规律进行了系统深入的研究与阐述;分别建立了近热机影响区位置Al/Mg混合金属间化合物层形成及超声作用的物理模型,揭示了超声辅助FSW工艺的焊接机制。在热输入较高时,较高的焊接峰值温度极易引起接头内部出现Al/Mg液相和金属间化合物的生成,超声破碎了近热机影响区位置Al/Mg混合金属间化合物层连续的金属间化合物,改变了金属间化合物的分布形态,从而延缓了裂纹的生成和扩展;在热输入较低时,超声的施加促进了接头内部的材料流动行为和原子扩散程度,避免了无超声作用时较差材料流动行为引起的沟槽等缺陷的产生。在超声与静止轴肩的双重作用下,获得了抗拉强度为152MPa的3mm厚焊接接头,比常规工艺提高了42.1%。针对传统工艺中无法彻底避免搅拌针黏着现象产生的问题,面向Al/Mg异种材料薄壁结构焊接,提出无针焊接工作部进行焊接的思想。研究了轴肩形貌对接头表面与内部成型的影响,建立了无针焊接工作部的材料流动行为物理模型,优选出了可获得小飞边与改善垂向材料流动的六槽轴肩形貌。在无针FSW焊接过程中,静止轴肩与超声的加入亦可有效地拓宽焊接工艺参数范围及改善材料流动行为。与常规工艺相比,超声与静止轴肩工艺双重作用下可焊厚度从0.7mm提高到1mm且抗拉强度从102MPa提高到130MPa。