搅拌摩擦焊接(FSW)技术是近年来发展迅速、研究面广的一种固相连接技术。与传统的焊接方法相比,其具有高效节能、产品质量好和环保无污染等优点。经过二十几年的努力,FSW技术已经成功应用于铝及铝合金的商业化生产。尽管到目前为止,有关搅拌摩擦焊技术的大量研究都是关于铝及铝合金的连接,但研究人员也希望能将此技术推广到钢及其它高熔点材料的连接中。在钢的FSW中,使用合适的工艺参数能得到满意的焊缝。选用适当材料和形状的搅拌头后,钢辅助热源FSW的关键是如何选取恰当的焊接工艺参数。因此,探索焊接工艺并研究其断口形貌、接头显微组织、接头显微硬度和主元素扩散对于Q235A辅助热源FSW具有重要意义。而大量实验表明,搅拌摩擦焊接(FSW)温度的分布会直接影响到焊缝的质量。因此,研究低碳钢搅拌摩擦焊过程中焊接温度场的变化对于选择和优化焊接工艺参数具有重要意义。本课题采用耐高温硬质合金搅拌头,对4mm厚Q235A进行辅助热源搅拌摩擦焊,可得到完整的焊接接头。焊核区金属发生了动态再结晶,微观组织均匀细小,力学性能优良。当焊接工艺参数匹配合理时,接头抗拉强度最高可达332.19MPa。分析焊接接头断口形貌,其横截面分成了三层,上部为韧性断裂；中部为韧性断裂和脆性断裂结合的方式；下部以脆性断裂为主,局部存在韧性断裂。观察焊接接头微观组织,发现热影响区组织均有所长大；热机影响区组织中铁素体长大并被拉长,珠光体变大：焊核区组织为细小的铁素体和珠光体。进行显微硬度测量,发现焊核区的显微硬度与母材相比平均提高了12%；热机影响区和热影响区的显微硬度与母材相比有所下降。对接头横截面进行主元素(C、Fe、O、Co和W)线扫描分析,发现接头不同区域元素的扩散情况不同。本课题在实验测温的基础上,用有限元软件ANSYS模拟分析搅拌摩擦焊过程进入准稳态时各特征点温度的变化规律,发现在与焊合面垂直方向上和焊件厚度方向上各特征点温度历时变化趋势与实验测得情况基本相符,验证了热源模型的准确性。最后对钢的辅助热源FSW过程温度场进行模拟,发现焊接过程中温度分布呈前面小后面大的椭圆形,最高温度约为1207℃且一直跟随热源移动。本文从钢辅助热源搅拌摩擦焊的工艺、机理和温度场测量、模拟四个方面进行了初步研究。对以后该类研究工作提供了理论依据和奠定了实验基础。