铝和铜因具有良好的导电性、导热性和耐蚀性,广泛的应用于电力电子、仪器仪表、航空航天、国防工业和新能源汽车等领域。但是铜和铝在熔点、比热容、热膨胀系数、热导率等方面存在较大差异,并且铜铝之间易形成金属间化合物,传统的焊接方法很难实现两者的良好连接。超声波焊接是一种低温、低能耗、高效率的固相连接方法,改善了热物理性能差异的影响,可以实现铜\铝的连接,但接头性能仍然受到金属间化合物和界面微观结构的制约。本文研究铜\铝超声波焊接界面金属间化合物的生长与微观结构,对比分析了单一超声焊与电流-超声复合焊接的界面特征和力学性能,为改善铜\铝焊接接头的力学性能提供理论参考。建立了铜\铝超声波焊接过程金属间化合物生长的预测模型。利用铜\铝超声预焊试样等温时效处理结果建立金属间化合物生长的静态预测模型。通过考虑空位浓度的动态变化过程,结合空位扩散机制及材料本构方程,建立超声波焊接过程金属间化合物生长的动态预测模型。研究结果表明,在超声波焊接条件下,金属间化合物厚度的静态模型预测值远小于实际测量值,动态模型预测值与实际测量值吻合良好。利用有效生成热模型,结合吉布斯自由能的变化,阐明了超声作用下铝合金因大变形产生大量的过饱和空位浓度加速了铜原子向铝合金内扩散,是该条件下形成金属间化合物的种类与等温时效条件下明显不同的主要原因。系统研究了铜\铝超声波焊接界面特征(塑性流动、金属间化合物与晶粒形貌)和力学性能随焊接时间的变化规律。结果表明在焊接压力与超声振动的作用下,焊接界面塑性流动程度随着焊接时间的增加明显增大;毗邻焊接界面的铜晶粒形貌和平均直径基本不变,但是铝合金经历了晶粒破碎、动态再结晶以及晶粒长大的过程,铝合金晶粒形貌与大小发生了明显的变化;铜和铝合金的织构强度随焊接时间的增加均呈现先减小后增大的规律,但是铜的织构类型不随焊接过程变化,铝合金则形成了新的剪切织构、轧制织构和多种再结晶织构。铜\铝焊接接头的抗拉强度和断裂能量随着焊接时间的增加先增大后减小,当焊接界面呈现较大深度的局部机械自锁、均匀的金属间化合物薄层以及细小的等轴晶粒时,焊接接头的抗拉强度达到最大。此外,分析了铜\铝焊接边缘裂纹的形成机制,探讨了边缘裂纹与超声功率曲线的变化之间的内在联系。探究了电流-超声复合焊接中,辅助电流对焊接接头的界面特征和力学性能的影响规律。超声峰值功率、界面塑性流动程度和金属间化合物的厚度都随着辅助电流的增加而增大。复合焊的辅助电流加速了界面温度的上升过程,促使毗邻焊接界面区域在更短时间内达到与单一超声焊相近的剪切变形程度,同时获得更大铜\铝相互嵌入深度、更薄的金属间化合物以及更多细小铝合金等轴晶粒,提高了焊接接头抗拉强度与断裂能量。铜\铝焊接接头的抗拉强度与断裂能量随着辅助电流的增加先增大后减小,最高强度明显高于单一超声焊。