超声搅拌复合焊接是在搅拌摩擦焊接的基础上,附加一个超声频纵向振动,利用超声波的强振动效应,改变金属的塑性流动行为,为改善焊缝质量提供了外加能场调控途径。现有研究表明,超声搅拌复合焊接中超声振动的导入对焊接产生了积极的效果,超声搅拌复合焊接的焊缝平均拉伸强度提高,焊缝晶粒得到细化。焊缝金属活性加强,流动性提高,焊缝质量稳定性较普通搅拌摩擦焊接有了明显的提升为了进一步研究超声振动系统对焊接的影响和作用效应。本文根据任意变截面杆的波动方程及振动系统的设计原理,建立了符合超声搅拌复合焊接工艺的超声换能器和变幅杆的数值模型,在此基础上对15KHz和25KHz超声振动系统的换能器、变幅杆等主要结构进行了设计,然后在ANSYS有限元分析软件中建立了超声振动系统有限元模型,通过模态分析得出振动系统的主要动态性能参数。应用阻抗分析仪和振幅测量仪测量了超声振动系统的纵向谐振频率、位移振幅等主要性能参数。通过对厚度为2.7mm的2519A铝合金进行超声搅拌复合焊接实验,在实验基础上探讨与分析超声搅拌复合焊中超声波的助焊效应与作用机制。通过残余应力测试、缺陷检测、力学性能、金相组织比较分析,实验结果表明,超声搅拌复合焊的焊缝残余应力比搅拌摩擦焊低,同时还发现焊缝残余应力最大值都出现在焊缝起始段,而最小值都出现在焊缝终焊段；缺陷检测表明,超声搅拌复合焊对焊缝缺陷有明显改善,缺陷率下降；拉伸试验表明,超声搅拌复合焊接焊缝强度值比较均匀,焊缝强度更加稳定,而搅拌摩擦焊最低抗拉强度远小于平均抗拉强度,强度波动值很大。金相组织显示,超声搅拌复合焊接焊缝热影响区及热机影响区范围更小,焊核区晶粒更细小、均匀。通过对比超声搅拌复合焊接和搅拌摩擦焊接实验结果,结合超声波的机械振动效应、热效应和体积效应,分析了超声振动在降低焊缝残余应力、降低焊缝缺陷率和改善焊缝组织上的作用效应。