搅拌摩擦焊接具有残余应力小、绿色无污染、质量高等优点,现已广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶制造等领域。搅拌针是搅拌摩擦焊接设备的核心构件之一,直接决定了焊接过程中金属的塑性流动,影响着接头性能及焊接成形性。因此,合理的搅拌针设计对于获取理想的焊接接头至关重要。目前,关于搅拌针设计的研究多集中在改变搅拌针的形状方面,力图通过复杂的形状设计（如使用锥形搅拌针、加开螺旋线等方式）促进塑性金属材料的流动,提升焊接接头质量。但是,此类搅拌针所需的加工时间较长,在一定程度上增加了焊接成本。因此,为降低成本,应在确保接头质量的前提下尽可能简化搅拌针设计。本文提出了在搅拌摩擦焊接中采用偏心搅拌针的思路,期望借助焊接过程中搅拌针的偏心运动增加焊缝金属的运动维度,促进金属的塑性流动,提高焊接接头质量。共设计了三种偏心量搅拌针,偏心量分别为0mm、0.4mm、0.8mm。通过对2mm厚5052-H112和6061-T4铝合金进行同种金属（5052铝合金）、异种金属（5052-6061铝合金）的偏心搅拌摩擦焊接试验,研究搅拌针偏心量对焊接过程的影响。首先,利用金相显微镜（OM）对焊接接头宏观组织进行观察,分析并对比了使用偏心和非偏心（偏心量0mm）搅拌针的焊缝金属受力情况,并建立了偏心搅拌摩擦焊接过程中金属塑性流动模型。然后,采用场发射扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）以及透射电子显微镜（TEM）等手段,进一步揭示了采用偏心和非偏心（偏心量0mm）搅拌针制备的接头微观组织的差异。研究发现,偏心搅拌针旋转时的动态体积比非偏心（偏心量0mm）搅拌针大,增加了搅拌针周围塑性金属的转移路径,加快了焊接热量散失,降低了焊核区峰值温度,从而促进了焊核区晶粒细化。焊核区“洋葱环”的面积反映了搅拌针的机械搅拌行为,即“洋葱环”面积越大,搅拌针的机械搅拌作用越强。同种焊接和异种焊接接头的“洋葱环”面积均随着搅拌针偏心量的增加而增大,同种焊接时,偏心0mm、0.4mm、0.8mm搅拌针对应“洋葱环”的面积分别为0.5mm2、5.5mm2、6.5mm2,证明偏心设计有助于加强搅拌针的机械搅拌作用。对焊缝金属的受力分析和建立的流动物理模型,表明偏心设计提高了搅拌针与焊缝金属之间的摩擦力,导致焊缝金属可以随着搅拌针的旋转做整周转移,与非偏心（偏心量0mm）搅拌针对比,偏心搅拌针增加了金属的转移路径,促使前进侧金属和后退侧金属在焊核区充分结合,形成“洋葱环”组织。拉伸试验结果表明,对于同种金属的偏心搅拌摩擦焊接,偏心0mm搅拌针对应的焊接接头的屈服强度为125MPa,而偏心0.4mm搅拌针制备的焊接接头屈服强度最高,为147MPa,比非偏心（偏心0mm）搅拌针制备的接头屈服强度提高约20%。对于异种金属的偏心搅拌摩擦焊接,偏心搅拌针制备的焊接接头屈服强度同样优于非偏心（偏心量0mm）搅拌针对应的接头屈服强度,当5052铝合金置于前进侧,偏心0mm、0.4mm、0.8mm搅拌针对应的接头屈服强度分别为122MPa、141MPa及146MPa。此外,接头的强度也会受到金属放置位置的影响,6061置于前进侧时,偏心量0mm、0.4mm、0.8mm搅拌针对应的接头屈服强度分别为118MPa、124MPa及128MPa。在证实了偏心搅拌针对焊接有益影响的基础上,进行了在5052铝合金焊缝内添加中间金属（铜箔、锌箔）的偏心搅拌摩擦焊接实验。研究发现,焊接过程中,添加的金属发生破碎,并随着搅拌针的转动和塑性金属混合在一起,弥散分布于焊缝基体内。此外,在焊接热循环的作用下,添加金属锌箔与焊缝基体相互扩散形成固溶体,增加了焊核区硬度,偏心搅拌针的使用进一步促进了添加金属与基体的混合,相比于采用非偏心搅拌针制备的接头,采用偏心搅拌针制备的焊核区硬度分布更加均匀。