本文基于固体力学理论，利用ABAQUS非线性有限元软件平台，建立了搅拌摩擦焊接全过程热力耦合三维有限元模型，并对7075铝合金搅拌摩擦焊接过程的温度场、等效塑性应变场和速度场以及金属材料迁移行为进行了研究。基于ALE网格自适应技术对单元网格和边界条件的适当处理，解决了焊接过程中单元网格高度畸变问题，成功的实现了搅拌摩擦焊接全过程（下压阶段和稳定焊接阶段）有限元模拟，并验证了该模型的可靠性。模拟结果表明，整个焊接过程焊缝金属材料的峰值温度约为材料熔点的81.8%，说明该过程是固相连接。通过对整个焊接过程焊缝区温度场变化和分布的研究发现，下压阶段的焊缝金属材料温度上升曲线呈双线性，轴肩与焊缝上表面接触后的温度上升速率要明显高于接触之前；稳定焊接阶段，垂直于焊缝的横截面上焊缝高温区呈碗状分布，即上表面宽，下表面窄，其范围限制在轴肩以内，而且金属材料最高温值位于轴肩边缘的内侧附近。该研究结果对揭示搅拌摩擦焊接产热机理和研究焊缝区温度场分布具有理论指导意义。通过采用质点跟踪技术，揭示了焊缝区塑性金属材料的迁移特征：水平方向上，搅拌头前方和前进侧的金属材料流动性强于返回侧，主要以旋转绕流和平移形式迁移，而返回侧只有较少材料做旋转绕流迁移；厚度方向上，受搅拌头的旋转摩擦和挤压作用，搅拌头前方和前进侧的金属材料存在明显螺旋向上迁移运动，焊件上表面和底部附近无明显厚度方向上迁移。随着焊速的增大，塑性流动区减小，使其外围材料在搅拌针径向和切向上的位移减小，不利于搅拌头后方瞬时空腔的填充，易产生焊接缺陷。搅拌头轴肩表面形貌影响金属材料厚度方向流动行为和接头成形，研究发现具有内凹型轴肩搅拌头有利于焊缝金属材料的填充，形成良好的焊接接头。上述对塑性金属材料流动行为的研究成果，可为揭示焊缝成形机理、焊接缺陷的形成以及搅拌头的优化设计提供理论依据。