目前,金属基复合材料在焊接时存在很多问题,如气孔敏感性、第二相粒子偏析以及粒子与金属界面反应生成脆性相等,这些都影响了焊接质量。本文选用混合盐法制备的TiB2/A356颗粒增强复合材料为试验材料,对其进行搅拌摩擦焊接,研究了搅拌摩擦焊工艺参数和搅拌头轴肩形式对焊缝成形、微观组织和力学性能的影响。同时还对焊缝金属的迁移行为进行分析,通过标识嵌入试验和数值模拟来深入了解焊缝金属的流动机理。对颗粒增强铝基复合材料进行搅拌摩擦焊时发现,增大搅拌头转速或降低焊接速度可以获得表面成形良好的焊接接头,凹面轴肩焊缝成形质量高于平面轴肩。焊接试验后,对接头微观组织和力学性能进行分析测试,焊缝组织得到细化,TiB2和Al-Si共晶均匀地分布在焊核区,接头力学性能(拉伸强度和显微硬度)与焊接工艺参数存在一定的关系,提高转速或降低焊速都会使得接头的力学性能提高。塑性金属在焊缝厚度方向的迁移分为三个区域,轴肩下压区中塑性金属主要在水平方向上做圆周运动,紊流区中有来自多个方向流动的金属,焊核区中塑性金属在螺纹的作用下做螺旋运动,显现出洋葱环结构。焊接工艺参数对焊缝金属迁移行为有影响,提高转速,轴肩下压区作用范围增大;焊速增大,焊核区面积减小。同时发现,轴肩形式不同主要对轴肩下压区中金属流动产生影响。在焊缝水平面上,前进侧塑性金属部分向前流动,部分滞留在后方;后退侧塑性金属只向后方流动,同时,随着与焊件上表面距离增加,这种流动逐渐减弱。建立了三维流场模型,将模拟结果与嵌入试验结果进行对比,两者可以较好地吻合。焊缝上、中和下部的温度逐渐降低,材料流动的速度也减小,流动趋于平缓;前进侧材料流动的速度梯度大于后退侧,说明前进侧材料流动较剧烈。建立沿焊缝纵向有螺纹的搅拌头二维模型,模拟出螺纹周围材料流动情况,并能够与匙孔处材料流动较好地吻合。有限元模拟对搅拌摩擦焊缝成形和焊接质量评估具有一定的理论和实际指导意义。