随着航空航天、汽车等领域的迅猛发展,对轻量化结构的需求越来越迫切。由于钛的高强度、断裂韧性和耐腐蚀性,被广泛运用于轻量化结构中。考虑到在保证质量的前提下节约成本,铝合金因为其优良的综合性能和低成本,在部分轻量化结构中常被用作钛的替代品。超声波焊接是一种固态焊接技术,其具有低温、低压、低能耗的特点,可以实现铝合金和钛合金的良好连接。本文对AA6061铝合金和TA2纯钛进行了超声波点焊试验,制定了合适的工艺参数,研究了不同焊接参数下接头微观组织及力学性能的变化规律,并对工艺参数进行了优化,提出铝-钛超声波点焊接头形成机理。在焊接时间600-1400ms,焊接压力10-20MPa,焊头振幅27-37μm范围内接头成形良好。随着焊接参数的增大,焊接热输入增加时,铝母材沉淀相固溶,晶粒发生再结晶并且逐渐粗化。铝侧上表面和靠近界面处受高的应力与摩擦作用,材料发生塑性流动,晶粒细化。在所有参数下,均未发现明显的金属间化合物反应层。Al-Ti元素存在相互扩散,最大扩散距离约5μm。不同焊接参数下,铝侧水平方向上的硬度变化相似,都表现为U型趋势,焊点区铝母材受热输入作用,硬度低于母材原始状硬度值,钛母材维氏硬度值无明显变化。接头拉剪失效载荷随焊接参数的增大呈先上升后下降的趋势。当焊接时间1000ms、焊接压力15MPa、焊头振幅32μm时,接头拉剪失效载荷最大为5128N。随着焊接能量的增大,断裂模式由脆性断裂转变为韧-脆混合型断裂。采用响应面法进行工艺优化,焊接时间1160ms,焊接压力18MPa,焊头振幅34μm时,接头拉剪失效载荷最优为5200N。不同参数下超声波点焊热循环变化规律相似,主要包括快速升温区、高温停留区和降温区。峰值温度随焊接参数增大而增大,最大值可达到378℃。通过热力学和动力学分析,解释了界面无金属间化合物形成的原因。Al-Ti超声波点焊接头是在机械嵌合和冶金结合的共同作用下形成的。