双轴肩搅拌摩擦焊是常规搅拌摩擦焊的基础上发展起来的,既保留了固相连接技术的优点,又解决了常规搅拌摩擦焊接过程中对工装设备要求高、接头根部缺陷、焊接匙孔等问题,具有重要的研究和应用价值。本文采用优化设计的双轴肩搅拌头对3mm和5mm厚6082-T6铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊试验,用热电偶测温法分析了 5mm厚焊接试验板的温度场分布规律及其对焊缝表面成形的影响;用铜箔示踪法探究了接头塑性材料的流动行为;分析了 3mm和5mm厚焊接接头的宏观及各个区域的微观组织;研究了搅拌头转速、焊接速度、搅拌针长度及类型对力学性能的影响规律;对比分析了 5mm厚母材在两种焊接参数下焊接件的疲劳性能。测温试验结果表明,随着距离焊缝中心距离越远,测温点峰值温度越低;焊缝上表面温度低于下表面温度;后退侧的温度明显高于前进侧;随着搅拌头转速的提高和焊接速度的减小,各测温点的峰值温度升高。流场试验结果表明,在偏向前进侧热影响区和热机影响区界面处,存在三向材料的汇集区,此区域易产生隧道缺陷。3mm和5mm厚焊接接头横截面形呈均"哑铃状",可分为四个不同的区域:焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。3mm、5mm厚焊接接头显微硬度均呈"W"形分布,母材硬度值最高,硬度最低点发生在后退侧热影响区和热机影响区附近。3mm、5mm试样拉伸测试表明,搅拌头转速过小或焊接速度过大时,焊接热输入过低,接头中出现隧道缺陷,导致拉伸性能较差。对于5mm焊接接头,当搅拌针长度为4.8mm,搅拌头转速为600rpm、焊接速度为500mm/min时,接头抗拉强度和伸长率同时达到最大值246MPa和9.71%,分别为母材的76.6%和73.4%;断口分析表明接头呈韧性断裂。对于3mm焊接接头,当搅拌针类型为三平面加双螺、搅拌头转速为500rpm、焊接速度为500mm/min时,接头抗拉强度和伸长率同时达到最大值237MPa和9.32%,分别为母材的73.8%和70.4%;抗拉强度较大的试样(500rpm/500mm/min),其焊接接头断口形式以韧性为主的韧脆混合断裂,抗拉强度最小的试样(500rpm/800mm/min),其接头断口形式为脆性断裂。3mm、5mm的正背弯强度几乎相等,避免了常规搅拌摩擦焊接头的根部未焊透缺陷,其变化规律与其抗拉强度的变化规律一致。在相同的应力载荷下,铝合金母材的疲劳性能优于焊接件的疲劳性能;在焊接参数为600rpm/500mm/min时,疲劳极限为154.6MPa,为母材疲劳极限的91.91%;在焊接参数为700rpm/500mm/min时,疲劳极限为151.8MPa,为母材疲劳极限的90.35%;疲劳断裂位置一般位于前进侧热影响区或后退侧热影响区,裂纹源可清晰地见到放射状条纹及其发射的中心,稳态扩展区存在疲劳断口所具有的典型特征——疲劳辉纹,瞬断区为韧性断裂。