本论文基于对“搅拌摩擦焊三维不对称非线性梯度接头特征”的认识，以铸造镁合金AZ31为研究对象，在最佳工艺参数(S=1500r/min，F=50mm/min，Z=-3.85mm)下，通过热电偶测温试验(包括焊接接头内部的布点)、拉伸试验(包括横向及分层切片)、及金相显微试验从试板三维几何方向(横向，纵向，板厚方向)系统地研究了搅拌摩擦焊接温度场的变化规律、焊接接头的宏观形貌、微观组织及力学性能，揭示了“三维不对称非线性梯度”接头组织和性能特征及形成机制。在搅拌摩擦焊接过程中，接头内特征点的温度曲线上存在“双峰”和“峰值温度滞后”现象，起始阶段的特征点峰值温度较低，中间稳定阶段较高，结束阶段最高。在垂直于焊缝方向的直线上，特征点距搅拌头中心越远，峰值温度越低，其温度在再结晶温度以上停留的时间越短，焊接稳定阶段，前进侧的温度高于后退侧；在试板的厚度方向上，特征点距试板上表面越近，峰值温度越高，在再结晶温度以上停留的时间越长，上表面最高温度可达449℃。焊接接头组织和性能在横向、沿焊接方向及板厚方向各不相同，横向上看，焊核区呈现细小的动态再结晶组织；两侧的热机械影响区由弯曲拉长的晶粒组成，前进侧热机影响区与焊核区域界限明显，而后退侧界限模糊,且前进侧热机械影响区为接头最薄弱的区域，断裂方式为韧脆混合型断裂；热影响区组织与母材相似,只是略有长大。从板厚方向上看，最上表面分布着较为粗大的晶粒，中间是细小均匀的等轴晶，此处接头的强度最高，最下端组织紊乱，晶粒大小极不均匀。从平行于焊接方向看，起始段和结束段焊核区域的晶粒较小，中间段较为粗大，接头的抗拉强度沿焊接方向逐渐升高。