搅拌摩擦点焊（Friction stir spot welding,FSSW）是一种新型的固相点连接技术,具有焊接变形小,焊缝微观组织均匀致密,绿色环保等优点,在加工制造领域具有重要的应用前景,正逐步发展成为取代电阻点焊、铆接等传统点连接技术的最佳工艺之一。为了消除焊后“匙孔”缺陷,无针搅拌摩擦点焊（Probeless friction stir spot welding,P-FSSW）工艺应运而生。但是,由于P-FSSW界面缺陷和工艺稳定性差等问题,该技术的应用推广受到制约。因此,本文采用实验与数值模拟相结合的方法,针对1.8mm厚2198-T8铝锂合金,深入研究了焊接工具、工艺参数、接头成形机制、组织与性能等,阐明了铝锂合金P-FSSW焊接工艺对接头成形特征、组织和性能的影响规律。本文的主要研究内容和结果如下:基于P-FSSW三维热力耦合有限元模型,预测了焊接过程的温度场、应变场及流场,阐明了P-FSSW接头成形特性。研究表明,接头温度和应变呈现左右对称分布,与接头形貌一致。基于流场分析,发现材料流动方向与旋转方向一致,优先流动的材料位于轴肩约1/2-2/3半径处,与温度分布一致,归因于外缘较大的热流密度。此外,上层金属流动并不完全沿着旋转方向的切向发生运动,而是存在沿径向向内偏转的趋势,并且在近外缘的区域存在离心运动形成飞边。沿厚度方向的金属流动强度下降,流动范围逐渐收缩变窄。而焊接界面受到下板向上流动金属的挤压发生弯曲,形成hook缺陷。采用响应曲面法对焊接工艺进行了优化分析。结果表明,接头强度受焊接停留时间和主轴转速的影响较为显著,呈现先增大后降低的趋势,其次是下压速度。其中,一定的焊接停留时间对热输入、材料流动及搅拌区扩展是必要的。经优化后,预测的最佳焊接参数为转速950rpm,停留时间7.2s,下压速度30mm/min,此时接头连接强度达到7.83k N,并且实验测试达到7.84±0.42k N,误差在6%以内。而后对P-FSSW接头形貌进行量化表征,建立了唯象模型。结果表明,为了实现P-FSSW接头的良好连接,所选轴肩和板厚比值需超过6倍关系。并且此比值越大,焊接工艺范围越宽。当比值小于6时,受限于搅拌区所能达到的最大尺寸,界面成形较差而不能实现高强连接。分析了典型接头微观组织演变规律及其与局部性能的相关性。结果表明,由于强烈的变形及摩擦产热,搅拌区发生了连续动态再结晶,无明显织构。热力影响区晶粒发生较大程度的变形,在动态回复作用下形成大量亚晶,而热影响区在摩擦热的作用下晶粒略有粗化。与此同时,焊接过程中第二相粒子也发生了明显变化。母材中的主要析出强化相T1（Al2Cu Li）相,在焊接热循环下发生固溶,搅拌区仅观察到少量δ′（Al3Li）相。而且原始板条状的金属粒子（Al-Cu-Fe相）,在焊接过程中破碎为球状颗粒,均匀地分布在搅拌区。各特征区组织的不同导致性能存在差异。横截面硬度呈现上板的“W”型和下板的“U”型,最低值位于热影响区与热力影响区边界,归因于强化相部分溶解或粗化。局部电化学腐蚀结果表明,各特征区的开路电位无明显差异,但是搅拌区由于固溶和细晶强化使得点蚀电位略高于母材与热影响区。腐蚀形貌以点蚀为主,优先发生在金属粒子的边缘,由于形成腐蚀电偶加速了铝基体的腐蚀。而界面微观组织表明局部冶金结合归因于应力诱发原子扩散行为,初始表面的粗化以及氧化层的清理有利于促进原子扩散改善冶金结合。针对P-FSSW接头宏微观成形弱连接的问题,提出新型的协同双面无针搅拌摩擦点焊（DP-FSSW）技术,并通过数值模拟和实验研究分析了可行性。研究表明,DP-FSSW能够有效提高金属的流动行为,增强界面塑性变形,从而改善连接。该技术凭借快速成形以及高工艺稳定性的优点,弥补了无针点焊技术与其它焊接方法在焊接效率以及接头强度上的差距,便于无针成形技术的应用推广。