摩擦堆焊是基于热塑性变形的固相连接技术,能够细化焊缝区晶粒,获得基本无稀释、结合完整性高的堆焊层。摩擦堆焊具有成本低、效率高、加工质量高、低能环保等独特的优势,摩擦堆焊在摩擦轧制、零件快速制造、复合材料制备等方面具有重要意义。本文以AA5083铝合金和DH36钢板为研究对象,探究工艺参数和耗材直径对耗材和基板的外观形貌、接触压力、接触面中心点温度和结合强度的影响,同时研究了堆焊层与基板交界面附近的金相组织与显微硬度,本文使用ABAQUS有限元软件中的CEL(Coupled Eulerian Lagrangian)方法对摩擦堆焊过程进行模拟,探究工艺参数与耗材直径对轴向力、接触面中心点温度、摩擦产热量和塑性变形产热量的影响。实验与模拟结果表明:在摩擦堆焊下压阶段中,旋转速度越高,轴向力越小,接触面中心点温度越高;下压速度越大,轴向力和接触面中心点温度的峰值越高,最后趋于同一范围内;耗材直径越大,轴向力越大,中心点温度越高;且耗材底端离中心点距离越远,接触压力越小;从耗材中心沿半径方向到边缘处的温度分布形状类似于正态分布,中间温度较高,耗材中心和边缘处温度较低。下压阶段模拟表明:当旋转速度越高、下压速度越大、耗材直径越大时,摩擦产热量和塑性变形产热量越大。摩擦堆焊稳定堆焊阶段实验结果表明:旋转速度越高,轴向力越小,接触压力越小,接触面中心点温度越低,剪切强度越低;下压速度越大,轴向力越大,接触压力越大,接触面中心点温度越高,剪切强度越高;焊接速度对轴向力和温度影响较小,焊接速度为80mm/min时焊接强度最高;耗材直径越大,轴向力越大,接触压力越小,直径在24mm时中心点温度和剪切强度较高;堆焊层与基板粘合最强的部位位于耗材下方中心点经过的轨迹线附近;轴向力越大,堆焊层越薄;轴向力相同时,焊接速度越低,堆焊层越厚。堆焊层中间较薄,两侧较厚,后退侧的堆焊层高于前进侧,堆焊层靠近飞边的位置有结合缺陷的原因是此位置耗材与基板接触力过小。摩擦堆焊过程中的高应力和高温在一定程度上改变了交界面处钢的微观结构,铁素体晶粒沿界面方向上被拉长,紧靠交界面区域钢的显微组织硬度高于远离交界面的区域。