本文采用数值模拟与实验相结合的方法对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程进行了相关研究。研究内容包括搅拌摩擦焊接过程中的产热机制及温度分布特征材料流动机制、铝铜异种金属连接问题、技术改进以及对改进后的搅拌摩擦焊接过程进行数值建模等。首先对6061-T6铝合金的搅拌摩擦焊接过程建立了一个三维模型,将焊缝区与未焊工件进行分区,并提出了一个基于“滑移率”的焊接产热计算方法;采用热电偶测温法以及嵌入示踪材料法分别对实际焊接过程中的工件温度和材料流动进行检测和观察。结果表明在搅拌摩擦焊接过程中,轴肩的产热贡献最大;温度在焊缝中心线两侧呈现非对称分布,且等温线向前进侧“偏斜”;在该过程中有着明显流动行为的材料集中在一个“碗状”的区域,轴肩面附近的材料流动行为最为剧烈,并且流动速度沿轴肩边缘至轴肩中心方向呈降低趋势,而无螺纹搅拌针周围的材料流动程度要明显低于轴肩附近的速度,流动最弱的位置位于焊缝底部;搅拌头前方的塑性软化材料随着搅拌头的旋转,绕过搅拌头从后退侧运动到后方,并在相应位置沉积下来;通过讨论材料流动行为对缺陷易发区进行了分析预测。然后对铝铜异种金属搅拌摩擦搭接进行了实验研究,通过分析铝铜异种金属焊接过程中存在的问题,提出了水下搅拌摩擦焊接铝铜的方法,将同参数下的水下焊缝和无水焊缝进行比较分析,结果表明:相对于无水过程,水下搅拌摩擦焊接可以有效地降低焊接峰值温度并加快散热速度,进而降低了焊缝中脆性的铝铜金属间化合物的含量,减小铝铜界面处中间层的厚度,同时也使焊缝区铝铜材料的晶粒发生了一定程度的细化。最后通过考虑水的物理变化行为对焊接温度的影响,对水下搅拌摩擦焊接过程进行了数值建模,并结合热电偶测温技术对6061-T6铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了研究。结果表明:驻留阶段经过大约2.5s时间温度达到峰值并基本稳定;相比于同参数下的无水过程,水的存在可以明显地降低焊接峰值温度,并且使焊缝两侧的工件温度分布均匀化,从而导致水下焊缝的晶粒尺寸发生了一定程度的细化,提高了焊缝力学性能。