搅拌摩擦焊接工艺自上世纪90年代问世以来,已经被广泛应用于航空航天、造船及铁路等铝合金结构件制造领域。由于铝合金具有熔点低、线膨胀系数大和热导率高等特性,使得在焊接结束后焊件产生较大的残余应力和失稳变形,这会严重影响到焊接接头的质量和力学性能。基于此,本文采用静止轴肩搅拌摩擦焊来控制焊接残余应力和变形,并通过实验和数值模拟相结合的方法,进一步分析铝合金板材焊接接头的应力变化规律。本文选取厚度为3mm的6005A-T6铝合金板材作为研究对象,首先采用ABAQUS有限元分析软件对常规FSW和SSFSW的温度场进行预测,研究不同焊接速度对焊缝区域温度分布的影响。结果表明:焊接速度越大,焊缝温度越低;外部静止轴肩在焊接过程中吸收了大量的摩擦热,降低了焊缝的温度峰值,缩小了高温分布区域。其次,将温度场的热源模型转化为结构模型,并将温度场模拟结果作为热载荷叠加到结构模型中进行应力分析。结果表明:在焊接过程中,搅拌工具前方受热膨胀的材料被周围温度较低的材料所限制,产生压缩应力;而搅拌工具后方已经软化的材料,由于冷却收缩被焊缝周围材料所约束,从而产生拉伸应力。最后,对常规FSW和SSFSW的残余应力与变形的分布进行对比研究。试验结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力均呈“M”型分布,SSFSW的拉伸应力区域较窄;外部静止轴肩对焊缝表面施加额外的拉伸应变,这可以抵消焊接过程中由于热输入引起的压缩塑性应变,使得静止轴肩工艺相比于常规FSW可以降低焊后大约50%的残余应力;外部静止轴肩不仅吸收了焊缝中心的热量,而且向焊缝施加较大的碾压力,因而SSFSW的变形量要比常规FSW小。