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搅拌摩擦焊在铝合金连接领域有广泛的应用前景,在航空航天、航海以及轨道车辆等领域已经大规模采用搅拌摩擦焊技术。但是常规搅拌摩擦焊焊接温度梯度大,致使焊缝接头拉伸形貌呈混合型断口；焊缝背面出现未焊透、存在根部缺陷和微小吻接；环焊等由于焊件的几何形状,导致难以提供刚性支撑,制约了搅拌摩擦焊在火箭储箱等大型筒形件环形焊接。双轴肩搅拌摩擦焊技术的出现改进了常规搅拌摩擦焊技术,为铝合金板的焊接提供了一种新的解决途径。搅拌摩擦焊过程温度场是影响焊接接头力学性能和微观组织的重要因素,其分布及演变是分析焊接工艺的重要基础,对焊缝金属流动、焊接应力和变形分析有重要影响。本文采用大型通用商业有限元分析软件ANSYS Workbench13.0建立了铝合金薄板的数值模型,用连续性方程、动量守恒方程以及能量守恒方程组成了一个非线性的控制方程,描述了双轴肩搅拌摩擦焊接过程的温度场分布。模拟结果表明：轴肩是热量输入的主要来源,占到热量输入的80%以上；焊缝横截面上的温度场呈非对称哑铃分布,不同于常规焊接的锥形分布；焊接最高温在上下轴肩处,分别是481℃和442。C,相差39℃。通过温度场仿真分析,确定了焊接参数的范围是：焊速为80-160mm/min、转速为1000-2000r/min。在数值模拟的基础上设计了双轴肩搅拌摩擦焊头,对单块尺寸为450mm×150mm×3mm的6061-T4铝合金板进行了对接拼焊,并对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析。从焊接结果可知,不同的工艺参数组合对焊缝成形有非常明显的区别,当焊速为120mm/min,转速为1500r/min时,可以得到外观成形良好、内部无明显缺陷、焊接变形小的焊缝。焊接接头在未经过任何焊后热处理时的平均抗拉强度达到了150.79MPa,断后平均伸长率达到了17.67%,为母材的84.31%和104%,优于常规搅拌摩擦。在金相试验中发现焊缝处存在S线,通过多次的试验对比发现,S线是搅拌摩擦焊过程中铝合金氧化物随着搅拌头的搅动进入到焊缝的。焊后的拉伸力学性能试验表明S线是焊缝的弱结合,拉伸断裂基本沿着焊缝的S线出现。