现代制造业中,一个迫切的问题是在提高结构件和设备的工作性能和可靠性的同时,降低材料成本,尤其是金属材料。因此,异种金属复合结构件越来越多地应用于现代工业中。铜和铝是两种比较常用的工程材料,铜铝复合构件广泛应用于电力行业和制冷设备中。铜铝异种金属连接件能在保证材料使用寿命的同时,还可以促进其结构的轻量化,降低铜的消耗量。异种金属的连接通常采用焊接技术,但由于铜和铝的物理和化学性能相差很大,采用普通熔焊很难获得良好的接头,焊缝处容易产生裂纹和铜铝金属间脆性化合物,而搅拌摩擦焊接作为一种固相焊接技术,可以在较低的温度下进行焊接,从而可以避免采用熔焊时产生的焊接缺陷。然而,搅拌摩擦焊在焊接高熔点、高硬度材料时,搅拌头磨损严重,在焊接异种金属时两种金属的热输入量不够合理。因此,本文采用激光辅助加热搅拌摩擦焊对铜铝异种金属进行对接焊,激光不仅起到了预热、软化铜板的作用,而且可以促进焊接热量的合理分配,保证铜和铝的同时软化,避免铝材的熔化,增加两种材料的塑性流动性。首先,在考虑激光加热和搅拌头摩擦生热双热源共同作用的基础上,建立了铜／铝异种金属激光辅助加热搅拌摩擦焊传热数学模型。然后,利用ANSYS有限元分析软件对模型进行了数值模拟,计算了焊接温度场,研究了激光功率、搅拌头转速和焊接速度等工艺参数对焊接温度场的影响,为后续焊接工艺实验确定了合适的焊接工艺参数范围。其次,开展了铜／铝异种金属激光加热辅助搅拌摩擦对接焊实验,研究了预孔偏置、激光功率、搅拌头转速和焊接速度以及搅拌头下压力对焊缝形貌及组织的影响。测量了不同预孔偏置距离下焊接接头的抗拉强度,采用SEM观察了焊接接头的微观组织和断口断裂形式,采用EDS分析了接头界面处的金属间脆性化合物成分和厚度。结果表明,当激光功率为700 W,搅拌头转速为950 r/min,焊接速度为23.5 mm/min,预孔偏置为1 mm时,接头强度达到最高的198.6 MPa,接头处形成了钩状形貌,界面处存在厚度为1-21μm的金属间化合物CuAl和CuAl2,铜铝界面附近的硬度值较大。拉伸断裂位置在铝侧的热影响区,断口形貌呈韧窝状,属于韧性断裂。最后,采用红外热像仪测量了焊接温度,并与模拟仿真计算得到的焊接温度场进行了比较,二者吻合较好,证明了所建立的激光辅助加热搅拌摩擦焊传热数学模型的正确性。