紫铜和不锈钢是两类广泛应用的金属材料,为了满足不同结构上的需求,生产上经常需要它们的复合结构,而电解锰阴极板就是其典型应用之一。由于铜和不锈钢的物理和焊接性能等方面存在很大差异,使得传统焊接方法很难获得这两种材料之间的优良焊缝。本文主要针对紫铜与不锈钢的搅拌摩擦焊搭接工艺进行研究,最终实现该工艺在电解锰阴极板焊接上的应用。本文首先对焊接过程的温度变化,焊后冷却变形以及搅拌头周围的材料流动进行建模仿真分析。分析结果表明：稳定焊接过程中,焊接温度在805℃左右；焊前预热时间的把握,焊接末段的温度控制以及降低上下层材料之间的接触热阻是焊接的关键；焊后焊件向铜侧弯曲,Z方向位移达到近12mm；焊缝结合面上方铜发生屈服,下方不锈钢的等效应力最大为229Mpa；下层不锈钢的流动较弱,提高转速、降低焊速以及增大压深可以促进材料流动。通过测试焊接过程试件的温度变化以及分析接头组织形貌,证明了仿真模型的正确性。在仿真计算的基础上,对紫铜与不锈钢进行搅拌摩擦焊搭接工艺试验,并分析其焊后接头性能及组织特征。试验结果表明：搭接接头的拉剪强度随着搅拌头转速的提高和搅拌针压深的增加而提高；拉剪断口分为起裂区、稳定扩展区和瞬断区；铜和不锈钢之间发生了致密的结合,焊缝的前进侧和返回侧均有明显的树突状的紫铜不锈钢交融区域,下层不锈钢插入上层的铜基体,焊核区金属铜在搅拌头压力作用下整体向下流动；在铜和不锈钢的结合面处,硬度分布参差不齐,其中铜基材料上的点较之钢基材料上的点的硬度低；在铜和不锈钢融合的涡流区有Fe-Cu-Cr-Ni金属间化合物和紫铜母材、不锈钢母材的机械混合物。最后,针对电解锰阴极板铜排和不锈钢板进行搅拌摩擦搭接焊接研究。电阻测试试验表明：采用搅拌摩擦焊焊接的电解锰阴极板比传统工艺螺栓连接或铆接的电极板,其导电性能有明显的提高。通过喷水冷却、打应力孔以及改变制造工序和扁钢结构等措施,实现了紫铜与不锈钢搅拌摩擦焊焊接变形的有效控制。