Al和Cu由于优良的导电、导热性能,因此被广泛应用在电子电气、能源交通等领域。在目前提倡推广结构轻量化的大趋势下,Al/Cu复合结构的应用越来越广泛。但由于Al和Cu之间的物理化学性能差异较大,常采用传统焊接方法难以实现高强连接。搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,其在Al/Cu异种材料连接中的应用已成为一个研究热点,但目前的研究仍存在表面成形难以控制、无法实现长距离连续焊接、接头内部成形机制不明确、缺少接头综合性能评价等问题。本文研究了2.5mm厚的1060工业纯铝与T2紫铜异种金属搅拌摩擦对接焊,分析了焊缝表面的成形特征及机理,揭示了工艺参数对接头表面及内部成形的影响规律,阐明了焊接过程中材料流动及界面演变特征,并评价了Al/Cu搅拌摩擦焊接头的综合性能。研究了不同工艺对Al/Cu接头表面成形的影响,分析了焊缝表面的成形特征机理。发现在Al/Cu异种材料搅拌摩擦焊中,容易出现搅拌头粘连现象,从而导致接头表面出现毛刺、飞边甚至凹坑等缺陷。采用带有内置小轴肩和外置大轴肩的组合轴肩式焊具,可以对接头表面进行二次成形作用,有效减少搅拌头粘连对接头成形的影响,提高接头成形质量。同时,在焊接过程中采用低主轴转速、高焊接速度以及大偏移量的参数可以减缓搅拌头粘连。搅拌头粘连主要与Al和Cu之间剪切屈服强度差异较大以及两者极易反应生成金属间化合物有关,采取焊后在Cu中“清洗”搅拌头的措施,可以实现Al/Cu长距离高质量搅拌摩擦焊。对接头宏观和微观成形进行分析,揭示了工艺参数对接头内部成形的影响规律。研究表明,Al/Cu搅拌摩擦焊接头焊核区由Al基体及分布于其中的Cu颗粒和叠层复合结构组成。Cu的分布形态主要由进入焊缝后经历的塑性变形程度决定。在叠层复合结构中,Al和Cu之间的相互扩散作用更充分,混合程度更高。通过分析工艺参数对Al/Cu连接界面的影响,阐明了焊接过程中界面演变规律。发现,随着主轴转速的增加或焊接速度的降低,Al/Cu界面金属间化合物层厚度增加,同时界面由平直变得弯曲。当搅拌针偏移量过小时,界面金属间化合物层厚度过大会导致接头性能变差;搅拌针偏移量过小时,界面根部可能会出现弱连接缺陷。在Al/Cu连接界面上,需要控制金属间化合物层的厚度小于2.5μm。对不同参数下接头的力学性能、导电性能及耐蚀性能进行分析,评价了接头的综合性能,并得出了焊接的最优工艺参数。研究发现,接头内部的孔洞缺陷、根部弱连接、显微裂纹及过厚的金属间化合物层均会对接头的性能产生不良的影响。采用响应面分析法,最终得到最优工艺参数为主轴转速829 rpm、焊接速度562 mm/min、搅拌针偏移量0.83 mm。在此参数下得到的接头抗拉强度为90.73 MPa,为Al母材的86.41%,在180°正弯和背弯测试时均不发生断裂或出现裂纹,接头电阻率为2.6431×10^-8Ω·m,导电性能良好。中性盐雾试验表明,Al/Cu搅拌摩擦焊接头耐蚀性较差,通过焊后表面镀镍的方法可有效提高接头的耐蚀性能。