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搅拌摩擦焊是一种新型高效的铝合金连接技术,近年来被广泛的应用于轨道客车铝合金车体的制造。目前,对于搅拌摩擦焊焊接大厚板铝合金的研究还比较少,而且大都局限于厚度在35 mm以下的铝合金。然而,许多实际工程应用中很多零部件的厚度远大于35 mm,例如,新一代标准动车组的车钩座厚度达到80mm,这种情况下薄板搅拌摩擦焊研究的理论基础对厚板焊接并不适用,因此开展大厚板铝合金搅拌摩擦焊的实验研究具有重要的理论价值和工程意义。本文选取轨道客车生产中常用的80 mm厚6082-T4铝合金,采用搅拌摩擦双面焊接的方法对其进行连接,焊后进行180℃×5 h的人工时效处理。研究了超厚板铝合金搅拌摩擦焊接头沿焊缝厚度方向上的温度梯度变化及其对各个区域组织结构、力学性能影响。研究结果表明,超厚板铝合金搅拌摩擦焊接头沿厚度方向上的温度梯度存在明显差异,距离母材上表面越近温度越高,反之则温度越低。超厚板铝合金FSW接头分为五个区域,即WNZ1-3（焊核区）、TMAZ（热机械影响区）、HAZTMAZ（靠近热机械影响区一侧的热影响区）、HAZBM（靠近母材区一侧的热影响区）、BM（母材区）。6082铝合金母材组织为典型的长条状形态,沉淀相主要为α-Al（FeMn）Si相和β”相;焊核区的晶粒均为等轴晶,晶粒尺寸沿焊缝厚度方向逐渐减小,WNZ1、WNZ2、WNZ3中的析出相分别为β相、β”相和GP区、少量α-Al（FeMn）Si相;TMAZ晶粒被拉长,该区域存在较高密度的位错。HAZTMAZ和HAZBM的析出相均为β’相,但HAZTMAZ中的β’相粗化更为严重。6082超厚板铝合金FSW接头的表面层及次表层的显微硬度分布均呈典型的“W”型,焊核区的显微硬度与母材基本一致,硬度值最低的位置均位于前进侧的HAZTMAZ区,最低硬度值约为54 HV;中心层的显微硬度曲线分布呈“V”型,焊核区的硬度最低,仅有48HV。焊核区沿焊缝厚度方向上的显微硬度呈逐渐降低的趋势。拉伸结果显示,表面层和次表层的平均抗拉强度分别达到211 MPa、201MPa,而中心层为180 MPa,仅有母材的57%。接头中心层焊核区的显微硬度明显降低,分析其原因可能有二:其一,由于采用双面焊接,接头中心层焊核区经历了两次搅拌;其二,焊接完成后的时效处理导致其显微硬度降低。研究发现,采用双面焊接获得的接头与单面焊接获得的接头的显微硬度分布趋势一致,均为“V”型,两种条件下接头中心层焊核区的析出相相同,表明采用双面焊接并非是使接头中心层焊核区硬度降低的原因。不同的时效条件对双面焊接头中心层焊核区的组织与性能影响存在明显差异。经180℃保温5 h与保温30 h后,接头中心层焊核区的显微硬度变化不大,接头组织均无明显沉淀相析出;经自然时效60天后,接头中心层焊核区存在大量团簇,各区域硬度均有所提高;在自然时效的基础上再进行180℃保温5 h的接头其母材区的硬度明显提高,热影响区的硬度无明显变化,而焊核区的硬度与仅经自然时效的接头相比有所回落;先经过70℃预时效16 h,再进行180℃保温5 h的接头中心层焊核区的硬度增加最为明显,该接头的焊核区存在大量的GP区和β”。建立了超厚板搅拌摩擦焊过程的移动热源模型,通过有限元软件ABAQUS6.14对本文的试验进行数值模拟。结果表明,焊接过程中焊核区边缘沿焊缝厚度方向的峰值温度的数值计算结果分别为548℃、510℃、499℃、478℃、425℃,这与实际测量得到的峰值温度结果544℃、505℃、493℃、475℃、415℃基本一致,因此该模型具有一定参考意义。利用该数值模型预测得出焊接过程中焊核区距焊缝上表面0 mm、8mm、16 mm、24 mm、32 mm、40 mm处的峰值温度分别为556°C、535°C、519°C、505°C、486°C和447°C。