激光-MIG复合焊接方法是一种高效先进的铝合金连接技术,但其焊接接头依然存在晶粒粗大、气孔率高等缺陷,解决这一问题的关键在于改善熔池的凝固结晶过程。基于超声独特的非线性效应,如空化效应和声流效应,将其引入铝合金的激光-MIG复合焊接过程中,并提出超声辅助激光-MIG(U-L-MIG)复合焊接方法。根据超声和焊接的工作特点设计并优化出兼具超声振动和电弧焊接的复合焊炬,构建了U-L-MIG复合焊接平台。采用数值计算方法研究了声学几何参数对声场状态的影响规律,并结合水滴滴落试验和聚苯乙烯小球(EPS)的驻波悬浮试验揭示了声辐射力的作用效果。进一步研究超声施加前后对焊接电弧、熔滴过渡和电参数的影响探求该方法的可行性。根据U-L-MIG复合焊接方法的工作原理,需在超声振动系统的基础上进行改进并设计出复合焊炬。采用传统解析求解方法计算出超声振动系统的基础尺寸,并结合有限元方法加以验证,获得了与超声驱动电源的工作频率谐振匹配的超声振动系统。对超声振动系统进行改进,实现了焊丝送进、电缆连接、气流保护的焊接要求,依托激光器平台完成了U-L-MIG复合焊接系统的构建。基于纳维尔-斯托克斯方程和组分输运方程计算不同气流喷嘴型式下的流场,进一步优化复合焊炬。为研究辐射空间内的声场特性,基于简化的二维模型,采用有限元方法计算包括声发射高度、声倾斜角度在内的声学几何参数对声场声压的影响,结果表明声压分布对声发射高度和倾角极其敏感,声压除在谐振高度达到极大值外,随着声发射高度的增大而减小,同时随着声发射倾角减小而减小。此外,基于声聚焦原理,提出凹球面声发射型式,采用有限元方法研究了凹球面曲率半径与声场声压的关系,曲率半径为19.5mm时声聚焦效果最佳。水滴滴落试验结果定性地验证了声场中声辐射力的分布情况,EPS在驻波场中悬浮位置与声辐射力的相对时间平均势极小值基本吻合,验证性试验结果与数值计算结果具有良好的一致性。研究了辐射空间温度对声压的影响,随着温度的升高,介质密度减小,声传播速度变大,导致声压幅值减小。为探求U-L-MIG复合焊接方法的可行性,在传统直流焊接模式下,研究声发射高度对电弧的影响,超声作用下电弧形态发生改变,电弧投影直径明显扩大,电弧长度略有差异,但方差分析结果表明超声对电弧长度无显著影响,弧长的变化归结于试验随机因素。在脉冲焊接模式下,研究超声对熔滴过渡、电参数及堆焊熔覆层成形的影响,超声作用下熔滴过渡周期、熔滴过渡形式和熔覆层成形均无明显作用,并且超声对整个焊接过程的电流和电压无明显影响。