本文开展了4mm厚AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接试验，对搅拌头材料和结构进行了优化，得到了最适合AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接用的搅拌头。针对带有预留小口的封闭型简体搅拌摩擦焊接特点，设计了用于该类简体环焊缝搅拌摩擦焊接的专用内部支撑装置，运用数学建模方法对其可行性进行了分析并进行了干涉检查，对于给定具体尺寸的筒体结构，运用强度设计准则确定了关键部件连杆尺寸的数学表达。采用正交试验设计优化了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数，通过对焊接接头微观组织、力学性能和缺陷产生机理的分析，研究了焊接工艺参数对接头质量的影响。　　本实验得出的合理焊接工艺规范:旋转速度600r/min-800r/min，焊接速度80mm/min-100mm/min，下压量0.2mm-0.25mm。采用正交试验设计得出的最优工艺参数为:旋转速度600r/min，焊接速度100mm/min，下压量0.2mm。最优参数得到的接头抗拉强度为208.6Mpa，强度系数为86.6％，延伸率为3.5％，拉伸试样在宏观上表现为脆性断裂，用SEM对断口形貌分析表明，断裂为解理断裂方式。　　焊接接头横截面主要由轴肩影响区、焊核区、热机影响区、热影响区组成，热机影响区和热影响区晶粒最为粗大且有所变形，两者共同构成的过渡区域是整个接头的薄弱地带，拉伸试验的断裂位置都处于前进侧的过渡区域。对焊缝的EDAX成分分析表明，焊缝成分与母材相当，主要为α-Mg，说明焊接过程中没有相变发生，是一种固相塑化连接。接头焊接区域硬度均小于母材，最低硬度值为59.8HV，为母材硬度的85.4％，其位置处于过渡区域的热机影响区，沿接头厚度方向的硬度实验结果表明，4mm厚AZ31B搅拌摩擦焊接头在厚度方向存在各向异性，轴肩影响区的硬度最高，沿厚度方向有递减趋势，与显微组织的分析结果一致。　　对实验过程中遇到的焊接缺陷进行了分类和总结，分析缺陷产生的机理。本实验中产生的焊接缺陷主要有:起皮、表面沟槽、未焊透、内部孔洞型缺陷。分析认为，焊接缺陷的产生跟工艺参数的选择直接相关。考虑工艺参数之间的匹配，选择合理的焊接参数可以得到没有缺陷、力学性能优良的接头。搅拌摩擦焊接工艺试验得出的焊接参数范围和内部支撑装置的设计为简体搅拌摩擦焊接提供了理论指导。