搅拌摩擦焊接（FSW）是针对高强铝合金专门开发的新技术，因此对铝合金的研究最为深入和广泛。课题组对各类典型的传统铝合金（1060、2024、2219、2104、6061、6082、7075、7050等）和新型铝锂合金（2195、2198、2060）进行了大量研究工作，从焊接工具研发、工艺优化、缺陷控制及组织分析、接头力学性能等各方面开展全方位的研究。建立了具有普适性的高精度非线性瞬态三维温度场与热源区-等温溶解层模型，揭示了影响沉淀强化铝合金FSW接头力学行为的关键因素及其作用机理，提出以焊速为核心的工艺优化思想，突破了以往焊接工艺选择的盲目性。开发出无缺陷强制冷却和高速焊接工艺，实现了部分铝合金的等强焊接。

　　镁合金在FSW后会形成特殊分布的强织构，从而导致接头在后续受载条件下各微区变形难易程度上的差异，整体表现出非均匀变形行为，而部分区域的应变集中则成为诱发接头过早失效的原因。对于变形镁合金，其FSW接头的拉伸性能通常难以达到母材水平。课题组研究人员通过极大地提高转速改变焊核区结构，在焊接6.3mm厚轧态AZ31镁合金时将转速提升至3500rpm 以及在焊接6.4mm厚挤压态AZ31镁合金时将转速提升至2000rpm后都发现焊核区结构发生明显的分层，强织构区域的面积显著减小，从而改善了整体的织构不均匀性，缓解了整个接头的非均匀变形程度，从而显著提升了接头强度并实现等强焊接。此外，通过焊后变形引入孪晶，削弱接头原有的强织构，抑制接头在变形时的应变局部化，从而避免过早失效，也可实现与母材的等强焊接。

　　铝基复合材料（AMC）由于高强度、高模量等诸多优点，在航空、航天等领域得到广泛应用。而FSW作为一种固相焊接技术，可有效避免熔化焊产生的缺陷，被认为是实现AMC工业化焊接生产的理想选择。然而由于增强颗粒（如SiC，B₄C等）对焊接工具的磨损，AMC的长距离高质量焊接难以实现，而对控制接头性能的关键因素也缺乏深入理解。课题组研究人员采用自主发明的新型耐磨金属陶瓷焊接工具，成功进行了SiC_p/2009、SiC_p/6092、B₄C/6061、CNT/2009等典型AMC的高质量FSW，并成功应用于高温气冷堆核燃料贮运容器制造。