本文针对3mm厚3003铝合金板材，部分进行退火处理，退火温度为538°C，保温时间3h。对退火和未退火的材料采用数控搅拌摩擦焊专用设备，在空气、20°C水下、0°C水下不同控制冷却条件下进行反转搅拌摩擦焊焊接，研究不同焊接母材下控冷条件对接头各区域组织与力学性能的影响规律。结果表明：不同的控冷条件下，搅拌摩擦焊接头焊核区、热机影响区组织均发生了明显变化；焊核区晶粒尺寸与母材相比都得到了细化，0°C水下晶粒尺寸最小、20°C水下次之，空气中最大；热影响区的范围随焊接环境温度的升高逐渐变宽，并且与母材有明显的分界；对搅拌摩擦焊接头焊核区第二相分析表明，主要的析出相为MnAl6相或FeMnAl6相，并且热处理板母材搅拌摩擦焊焊接接头第二相粒子体积分数比热轧板接头大；在最终形成的晶粒组织中，是以大角度晶界为主的。不同的控制冷却条件下，搅拌摩擦焊接头性能也发生了显著的变化。在相同冷却条件下，热轧板接头抗拉强度、硬度大于热处理板接头；随着焊接环境温度的降低，接头抗拉强度和硬度逐渐提高。拉伸断口均呈现以韧窝为主的韧性断裂特征。焊核区织构主要由R-cube、Goss和Brass织构构成，并且B区和C区织构相对于A区成对称分布；在不同厚度层下，焊缝内部相对于表面强度有所提高。