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本文通过搅拌摩擦焊接技术，采用“差高-偏置”的复合接头结构设计，在铝合金不发生明显熔化的提前下实现了TC4钛合金与5A06铝合金的冶金结合，并获得了成形性好且焊接质量高的Ti/Al复合接头。基于圆柱铣削组合式搅拌头获得的Ti/Al异种金属复合接头，通过分析焊缝表面的宏观形貌、连接界面的微观结构和接头力学性能及断口形貌，获取了最佳的焊接工艺窗口，发现搅拌头转速n、焊接速度v和搅拌针偏置量T是影响接头宏微观结构的重要因素，搅拌针的偏置扎入使得焊核区形成了颗粒增强的复相组织，接头最大抗拉强度达到母材5A06铝合金抗拉强度的88.3%，断裂主要发生在铝侧焊核区内。基于圆锥平滑面整体式搅拌头，通过研究搅拌针偏置量对Ti/Al复合接头宏微观结构及接头力学性能的影响，发现焊核区存在铝基材料流动形成的稳态涡流、非稳态涡流和Hook钩结构，改变搅拌针偏置量可有效控制焊接过程的热输入，避免大量金属间化合物和孔洞等缺陷的产生。相对于圆柱铣削组合式搅拌头，圆锥平滑面整体式搅拌头对应的焊接工艺窗口更宽，接头最大抗拉强度达到母材5A06铝合金抗拉强度的84.1%，断裂同样发生在铝侧焊核区内，断口表现为韧窝、解理特征的复合形貌。结合前文的实验结果，分析了焊接过程的热-机械耦合效应、铝熔化现象的抑制机理、对接界面钛侧的宏观变形行为、界面成分梯度及脆性金属间化合物的产生与抑制，发现合理的工艺参数可有效抑制铝合金的熔化和界面金属间化合物的产生，界面处钛合金的塑性变形提高了对接界面的结合强度，Ti/Al原子在搅拌摩擦产热影响下发生扩散、混合和固溶，形成界面成分梯度，产生了厚度为2~3μm的扩散层，对接界面实现扩散型连接，最终获得焊接质量较高的Ti/Al复合接头。