作为固相焊接的一种，钛合金的搅拌摩擦焊有效的避免传统焊接的弊端和缺陷。本文分析了TC4钛合金搅拌摩擦焊过程搅拌头磨损产生的原因及解决方案，研究了采用前置辅助热源加热的搅拌摩擦焊技术。对2mm厚TC4钛合金的传统FSW和辅助加热条件下的FSW分别利用有限元软件ABAQUS进行了温度场和应力场的仿真模拟，讨论了不同的焊接工艺对温度场及应力场的影响。研究结果表明：通过合理控制焊接参数，可以使前置热源加热条件下的FSW获得与传统FSW相近的焊接温度峰值；在选择合适的前置热源工艺参数时，可以降低焊接残余应力，避免应力突变点的出现。设计了辅助加热条件下的加热装置；针对TC4钛合金在不同温度下易与空气组成成分发生反应，设计了气体保护装置；考虑TC4钛合金是高温合金，为避免在FSW过程中出现与垫板发生粘连现象，设计了焊接工装。同时，为减少钨铼合金搅拌头在焊接过程中的“墩粗”现象，采用了预置小孔等工艺措施，使单个钨铼合金搅拌头可焊2mm厚TC4钛合金的长度为2.2mm。对试件进行了力学性能及微观组织分析，讨论了TC4钛合金在传统搅拌摩擦焊和辅助加热条件下焊接接头的微观组织结构及演变机制。研究结果表明：当搅拌头转速为200rpm，焊接速度为50mm/min时，焊接接头的拉伸强度和延展率与传统FSW试件相近；在辅助加热条件下的焊接接头断口组织结构较为均匀，且出现部分韧窝嵌套现象。