双轴肩搅拌摩擦焊是一种具有典型固相连接特征的焊接新技术,相对于常规搅拌摩擦焊,其不仅保持了焊接接头质量好的优点,又克服了常规搅拌摩擦焊需要垫板支撑的局限性。本文采用自主设计并优化的双轴肩搅拌头对8mm厚2219铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,并探索了不同的工艺条件对接头组织以及接头性能的影响规律,并在此基础上进行了工艺优化。同时,利用有限元软件ANSYS workbench 17.0对双轴肩搅拌摩擦焊接过程的温度场进行了建模,并以此为依据分析了接头的形成机理,,为指导焊接工艺和工程化应用奠定基础。2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊缝区域呈哑铃状,并且可进一步划分为焊核区、热机影响区、热影响区与母材区。其中,焊核区由细小等轴晶组织构成且厚度方向的晶粒大小无明显差异,热机影响区由呈现被扭曲和被拉长形态的晶粒组成,热影响区由受热作用产生粗化的晶粒组成,接头不同区域的晶粒尺寸大小随热输入的升高而增大。焊核区中沉淀相被打碎并发生固溶,热机影响区的沉淀相大部分也发生了溶解,而热影响区的沉淀相部分发生了长大粗化。双轴肩搅拌摩擦焊接头的沉淀强化效应被破坏,整体硬度值低于母材。其中晶粒粗大的热影响区硬度值最低,硬度值在在晶粒被细化的焊核区略有回升,整体呈“W”形。当接头温度过高或过低,由于接头中出现缺陷,使得拉伸性能较差,断口的微观形貌出现了不均匀的分层现象。当产热量适中时,本试验中焊接速度为300mm/min、搅拌头转速为400rpm时,接头抗拉强度达到最大值304MPa,为母材的66.1%。模拟结果显示,焊缝中的峰值温度始终低于母材熔点,说明双轴肩搅拌摩擦焊为固相连接。高温区域的轮廓与焊核区轮廓吻合良好,均呈现为“哑铃”状。焊核区峰值温度约为500℃,在此温度下,该区域发生了完全动态再结晶;同时发现,热机影响区与热影响区的温度与相对于焊核区略低,不足以使材料发生完全动态再结晶。各特征点温度的实测值与模拟值基本吻合良好,说明该模拟结果具备相当的准确性。