异种材料管件磁脉冲焊接（MPW）是利用磁脉冲成形原理，在室温条件下实现的高速、固相连接，合适工艺条件下，能获得高强度的焊接接头。将MPW应用于铝合金-钢等异种材料的管-管焊接有利于实现零件轻量化结构设计。本文从磁脉冲焊接原理和特点出发，利用3A21铝合金高应变速率下的本构关系，采用数值模拟和工艺试验相结合的方式对Al-Fe异种管件磁脉冲焊接工艺进行了系统研究。通过SEM试验及TEM试验对磁脉冲焊接接头的形貌及成分进行分析，得出了磁脉冲焊接工艺中接头波的形成机理以及磁脉冲焊接机理。采用松散耦合法对磁脉冲焊接过程进行电磁场分析以及变形场分析。利用ANSYS/Multiphysics模块建立电压激励的三维电磁场耦合模型，对磁脉冲焊接过程中的磁场力进行分析，研究了放电电压、设备电容、系统电阻以及管件材料等工艺参数对磁场力的影响。通过霍普金森压杆试验建立了3A21铝合金在高应变速率下的J-C模型。以电磁场分析中的磁场力为边界条件，在ANSYS/LS-DYNA模块中，利用高应变速率下材料的本构关系建立管件变形分析模型，并对外管变形过程进行分析。研究了放电电压、内外管间隙及搭接角度等工艺参数对碰撞速度的影响，确定了磁脉冲焊接过程的最佳工艺参数，有限元分析结果对工艺试验的进行有重要指导意义。利用高速摄像机对不同放电电压条件下铝管运动规律进行拍摄，通过对拍摄结果进行分析，得到了外管运动过程的位移-时间以及速度-时间曲线。通过工艺试验研究放电电压、搭接角度以及内、外管间隙等参数对磁脉冲焊接速度的影响，得到了不同工艺参数条件下的内、外管碰撞速度以及使内、外管实现冶金结合的临界碰撞速度。利用SEM对不同碰撞速度条件下得到的磁脉冲焊接接头进行分析，研究了各工艺参数对焊接接头形貌的影响。对磁脉冲焊接接头的宏观缺陷及微观组织缺陷进行分析，并给出了避免缺陷形成的有效方法。对内管刚度条件进行了理论分析、数值模拟及工艺试验，得到了不同电压条件下满足内管刚度条件的壁厚最小值。将内管等效为无端部封头厚壁筒形件在外压作用下受力变形模型，利用平衡方程与协调方程求解内管在磁场力作用下的位移分量，根据屈雷斯加屈服准则求解内管塑形极限的压力方程，得到了不同碰撞速度的临界壁厚表达式。利用ANSYS/LS-DYNA模块建立管件磁脉冲焊接过程变形场模型，研究了不同工艺条件下内管刚度条件，并与理论计算结果进行了对比。针对不同放电电压进行工艺试验，以对理论计算及模拟结果进行试验验证，结果表明三者之间吻合度较好。采用单向拉伸试验及扭转试验对磁脉冲焊接接头力学性能进行测试，结果表明在适当的工艺条件下，接头抗拉强度大于母材抗拉强度。采用纳米硬度仪对焊接接头及接头两侧金属进行硬度测试，研究了沿接头两侧金属硬度分布规律以及接头处硬度提高的成因。通过金相显微镜及SEM对过渡区形貌进行观察，对磁脉冲焊接接头处形成的开尔文波形的形成机理进行研究，并得到了过渡区宽度的近似表达式。采用SEM、TEM对磁脉冲焊接接头的微观组织及成分进行分析，通过与压力焊形成条件以及爆炸焊接的接头形貌进行对比，得到了磁脉冲焊接过程的焊接机理。