本文以2024-T351高强铝合金为研究对象，以提高其搅拌摩擦焊头强韧性为目的，研究了其在高焊接参数下的金属流动行为，采用深冷处理和低温时效相结合的焊后处理方式对高热输入焊接接头进行性能调控，并探索了焊接参数对搅拌摩擦焊接头低温拉伸行为和断裂行为的影响。采用急停法和人造缺陷法明确了搅拌摩擦焊接过程中金属的流动行为。搅拌针插入和行进中金属均由搅拌针带动下分层由前进侧移动到后退侧。在行进过程中可明显观察到搅拌针螺纹带动金属在垂直方向发生流动。轴肩区金属再结晶晶粒较大，晶粒由轴肩到搅拌针底部区域呈现出梯度分布的现象。在搅拌区后退侧发生了回复，在前进侧发现大参数下的搅拌摩擦焊接对于铝合金来说是不连续动态再结晶过程。采用深冷处理与低温时效相结合的处理方式对高热输入下获得的明显软化的焊接接头进行焊后处理。复合处理的焊接接头延伸率达到焊后接头的111%，并且焊核区沿偏析带开裂的现象也得到抑制。这可以归结为深冷预处理促进非稳定强化相发生回溶和再析出，增加的位错密度延缓了以空位和溶质原子形成的扩散偶向已存在于焊接接头中偏析带的长程迁移。在随后的低温时效过程中，强化相粒子均匀分布于焊接接头中，起到了弥散强化的效果，最终抑制了焊接接头沿偏析带发生低应力开裂的情形。2024-T351铝合金各参数下的搅拌摩擦焊接头低温拉伸性能均强于室温拉伸性能。与室温情况相反，高热输入下获得的焊接接头表现出更好的拉伸性能。加工硬化能力的增加是焊接接头低温性能增加的主要原因。大的热输入能够使焊接接头组织梯度平缓，有利于协调变形，进一步增加拉伸性能。