本论文采用扭矩测量系统测定了不同工艺参数下焊接扭矩，计算了搅拌摩擦焊过程中的产热功率和热输入；采用自制的测温系统，试验测定了搅拌头及焊接试板的温度场分布规律；并结合ABAQUS/Standard有限元软件分别模拟分析了搅拌摩擦焊过程中搅拌头和工件温度场的分布规律及特点，从而全面系统地研究了搅拌摩擦焊的热过程。研究结果表明，一定焊接速度下，扭矩与旋转速度之间的数值关系可以用一种指数函数模型来描述，随着旋转速度的增加，扭矩按一定规律衰减，当旋转速度增加到一定值后，扭矩基本保持恒定，而产热功率、热输入功率和焊缝峰值温度都在不断增加；焊接时搅拌工具的扭矩由焊接温度和搅拌头特征共同决定。通过对搅拌头特征点温度曲线的分析认为，在搅拌头前进过程中，搅拌头的温度场可以认为是一个准稳态的温度场，流入搅拌头的热量和通过搅拌头散失的热量保持动态平衡；流入搅拌头的热流量只占整个产热量的一小部分，说明搅拌摩擦焊过程具有较高的热效率；搅拌摩擦焊过程中，热流沿搅拌头轴线方向上近似一维热传导。不同边界条件下焊接试板温度场的测定结果显示：随着轴肩直径、旋转速度和下压量三个参数中任何一个参数增大或者焊接速度减小，焊接试板各测温点的温度升高；搅拌针几何特征对温度场也有影响，当采用螺纹形搅拌针时试板的温度略低于圆柱形搅拌头的温度；采用导热性能差的材料做垫板，能显著提高焊接区域的整体温度，而导热性能好的材料做垫板时，焊接温度特别是试板底部的温度下降，易于造成焊接试板背面未焊透及隧道型缺陷等。通过数值模拟，得到搅拌摩擦焊焊接试板温度场的分布规律为：随着搅拌头的前进，高温等温面变大，而且，搅拌头前部试板中的温度梯度较大，而搅拌头后方试板的温度变化较为平缓，即温度梯度较小。沿厚度方向，最高温度出现在轴肩下方近表面的区域，高温区形状呈“碗状”，与焊后焊缝区的形状相同。转速大小只是影响热输入的大小，不影响温度变化趋势，随着选择速度的增大，温度随之升高，但不是线性比例升高。