相比数值模拟所存在的由于对模拟条件进行大量假设而造成的模拟结果真实度低等问题,物理模拟由于更加接近被模拟条件,模拟结果更加真实可观。本文采用陶泥作为模拟材料对铝—铜异种金属搅拌摩擦焊接机理进行了物理模拟试验研究,探索了搅拌头结构设计参数与焊接工艺参数对于焊缝中材料的流动状态影响的相关规律,并且对模拟试验结果建立了“接头性能——瞬时热输入”模型。并利用该模型对4mm厚的1060铝合金与T2紫铜的异种金属搅拌摩擦焊接进行工艺参数设计和工艺试验的指导。物理模拟试验结果显示,搅拌头结构的设计对于焊缝中流动的金属的影响最主要是通过力的作用实现的。轴肩直径、搅拌针锥度以及表面螺纹等的设计不同会造成搅拌头对周围塑化金属的作用力的不同,从而改变金属的流动状态。焊接工艺参数主要是通过对焊接过程中热输入的控制来改变焊缝金属的形态来影响金属流动状态,模拟结果显示标记材料的偏置量都随着n、v以及n/v这几个参数值的增加,呈现一种上升——稳定——下降的流动趋势,根据模拟结果建立了“接头性能——瞬时热输入”关系模型。对异种材料进行的物理模拟结果显示,异种材料与同种材料的模拟焊接接头的金属流动存在相似性,对于异种材料而言,将搅拌头进行偏置时,金属流动性更好。本次试验的最佳焊接工艺规范是：搅拌头转速为800r/min,焊接速度为100mm/min,并且搅拌头向铝侧偏置0.5mm。此时获得的异种金属焊接接头的最大抗拉强度为122.2MPa,等强度与铝母材的强度。焊接接头焊核与热机影响区的组织都在搅拌头的机械作用下产生晶粒细化,硬度值有一定的增加,由于铜散热过快,热影响区的组织没有粗化。进一步观察发现铝—铜异种金属焊接接头横截面的宏观形貌以及微观晶粒流向等都符合物理模拟结果。对接头进行电镜扫描,其断口存在脆性断裂和韧性断裂,接头中有部分混合区域生成了CuAl,Cu3Al2等金属间化合物,影响了焊接接头的性能。