双轴肩搅拌摩擦焊接（Bobbin tool friction stir welding,BT-FSW）可避免单轴肩搅拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）易产生的根部未焊透缺陷,并且适合闭式型材的焊接,近年来逐渐在轨道交通车辆制造领域得到应用。目前关于BT-FSW的研究和应用主要集中于2-12 mm铝合金的焊接,对12 mm以上的厚板铝合金BT-FSW还少见文献报道。本文以某型车体牵引梁采用的16 mm厚6061-T6铝合金为研究对象,采用BT-FSW技术进行焊接,通过热电偶测温技术对焊接过程中沿焊缝厚度方向和水平方向上的热循环温度场进行测量,利用光学显微分析、扫描电子显微分析和透射电子显微分析等技术手段对焊接接头宏观形貌、微观组织进行表征并测试了接头的力学性能;通过改变热影响因子探究工艺参数对焊接热循环温度、宏观形貌、微观组织及力学性能的影响,并建立厚板铝合金BT-FSW塑性金属流动模型分析焊接过程中塑性金属的流动行为;采用有限元软件对厚板铝合金BT-FSW产热机制、热源模型及焊接温度场分布进行研究。研究结果表明:厚板铝合金BT-FSW热循环温度沿厚度方向上呈两侧高、中间低的分布趋势,在转速300 r/min、焊速200 mm/min的工艺参数下,接头前进侧（advancing side,AS）各测温点热循环峰值温度分别为395℃、390℃、397℃,后退侧（retreating side,RS）各测温点峰值温度依次为414℃、410℃、416℃,接头两侧温度比中心层高约6℃,水平方向上RS各测温点峰值温度比AS高约20℃,各测温点冷却速率随着焊接峰值温度的升高而增大。在热循环温度和搅拌头的机械作用下,接头焊核区（Stir Zone,SZ）与热机影响区（Thermal-Mechanically Affected Zone,TMAZ）晶粒形状和大小发生明显改变。经电子背散射技术分析,SZ为细小等轴状晶粒,厚度方向上SZ1、SZ2、SZ3各区域平均晶粒尺寸依次为19.6μm、15.2μm、21.3μm。透射电子显微分析显示:母材（Base Metal,BM）晶粒内析出相为针状的β"相,SZ晶粒内部存在GP区及板条状β相。由于距焊缝中心越远焊接峰值温度越低,TMAZ热循环温度降低至300℃~320℃,析出相为β’相和β相,热影响区（Heat Affected Zone,HAZ）析出相为β"相和β’相。接头横截面显微硬度水平方向上呈“W”形分布,SZ硬度低于母材,平均显微硬度值为88 HV,TMAZ与HAZ交界处硬度最低,约为60 HV;厚度方向上沿接头中心层近似对称分布,上、下轴肩作用区域的两侧硬度略高于中心区域的硬度。接头平均抗拉强度为225 MPa,达到BM的73.1%,断裂方式为韧性断裂。随着热影响因子（f,f=n/v）的增加,焊接热输入和热循环温度升高。f为1.5所对应焊接接头成型良好,无内部缺陷;当f达到2.5时,接头RS飞边增多,SZ出现孔洞型缺陷。此外接头各区域晶粒尺寸变大,力学性能下降,抗拉强度降至199 MPa,断口微观形貌由等轴状韧窝转变为抛物线状韧窝,韧窝底部发现由Al、Fe、Si元素组成的第二相粒子Al8Fe2Si相。结合金相分析,建立了厚板铝合金塑性金属的流动模型并揭示了接头的形成机理。厚板铝合金焊接过程中AS塑性金属、RS塑性金属和轴肩影响区塑性金属在搅拌头后方AS附近汇聚,形成焊接接头,焊接时,在正反螺纹搅拌针的搅拌作用下,螺纹处会产生瞬时空腔,将周围少量塑性金属“吸入”到空腔内并绕搅拌针做圆周运动,进而形成“洋葱环”形貌。在前述研究的基础上,建立了厚板铝合金BT-FSW产热模型,通过有限元软件对本文试验数据进行计算,结果表明:三组接头温度场整体呈前小后大的椭圆形分布,热循环峰值温度依次为:426.85℃、452.85℃和467.85℃,与实际测量的峰值温度差值仅为10℃,验证了焊接温度场模型的准确性。