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随着科学技术的不断进步,现代工业对异种金属焊接的复合构件需求越来越迫切。其中,铜/钛复合构件不仅满足对金属材料导热、导电性的需求,而且还兼备耐腐蚀和耐低温等优良性能。然而这两种金属的热物理和化学冶金性能差异较大,焊接接头较易形成复杂的脆性金属间化合物TixCuy。相比其它异种金属的焊接方法,超声波焊接具有高效环保、焊件变形小、不易产生脆性金属间化合物等优点,对铜/钛异种金属的连接具有独特优势。本文提出采用超声波点焊技术实现1mm厚的T2纯铜和1mm厚的Ti6Al4V钛合金异种金属的连接,基于热-力耦合,建立三维有限元分析模型,模拟分析在不同焊接工艺参数下铜/钛超声波焊接接头界面的温度场和应力场分布规律;研究不同焊接工艺参数对铜/钛超声波焊接接头的界面成形、微观结构以及力学性能的影响;采用锌箔中间层,改变铜/钛焊接接头界面层的组织结构,增大接头有效结合面积,进而提高接头力学性能。有限元分析结果如下:铜/钛超声波焊接接头界面的温度场和应力场分布具有不均匀性,压痕下方界面温度和应力最大并向四周逐级递减。随着焊接能量的增加,铜/钛接头界面最高温度和高温扩散区域也逐渐变大,界面塑性变形产生的热量远低于摩擦热;随着焊接静压力的增加,界面最高温度呈先升高后降低的变化趋势;随着焊接振幅的增加,界面最高温度呈线性增加的变化趋势;铜/钛接头界面应力场分布基本呈现一致的规律性,随着焊接能量、焊接静压力或焊接振幅的增加,界面应力分布水平均整体提高。试验结果表明:不同焊接能量下的铜/钛超声波焊接接头界面均较平直,未出现金属间化合物层。当焊接能量较低时,界面出现空洞缺陷,随着焊接能量的增大,界面成形良好,整个焊接界面均形成有效连接;随着焊接能量的增加,铜/钛接头拉剪力逐渐增大,在焊接能量为3000J时接头拉剪力最大,为2190N;随着焊接振幅的增加,铜/钛接头界面处的缺陷逐渐减少,接头拉剪力线性增大;随着焊接静压力的增加,铜/钛接头拉剪力呈先增加后减小的变化趋势,当焊接静压力为0.4MPa时,界面空洞缺陷全部消失,接头拉剪力达到峰值。添加锌中间层后,增大铜/钛接头界面有效结合面积,改变铜/钛焊接接头界面组织结构。当焊接能量较低时,接头界面组织结构由铜固溶体和钛固溶体组成;随着焊接能量的增加,接头界面的组织结构由CuZn化合物层、铜固溶体和钛固溶体组成;当焊接能量增至2000J时,接头界面的组织结构由CuZn、Zn15Ti化合物层和铜固溶体层组成;接头拉剪力在焊接能量为2000J时达到2923N的峰值,与未添加锌中间层的铜/钛超声波焊接接头拉剪力最大值相比提升了33.5%。