铜是一种具有优良的导热以及导电等性能的材料,但铜的资源匮乏、市场价格昂贵。而铝资源丰富、价格低,是一种较好的导电材料。因此提出了“以铝代铜”的方法,但是单一的纯铝结构强度低、耐腐蚀性差,无法满足对服役条件要求较高的环境,从而不能完全用铝代替铜。使用铝/铜复合结构代替单一的金属铜,不但可以综合两种材料的特性,还可以节约铜资源,降低生产成本,使其在电缆、制冷、电子电器、新能源汽车等行业具有广阔的前景。但在铝和铜的异种金属连接过程中,铝/铜界面处会产生大量脆硬的金属间化合物,会对接头的各项性能造成很大影响。采用超声辅助的方法进行铝/铜焊接,金属间化合物层可在超声振动作用下发生破碎,焊缝区的晶粒尺寸在超声波的空化作用下发生明显细化,从而达到改善接头性能的目的。本文通过超声振动辅助等离子弧熔钎焊的新方法,研究了超声振动辅助对铝/铜搭接接头组织、力学性能和导电性的影响,讨论了超声辅助铝/铜熔钎焊接头的界面反应过程。本文首先采用超声振动辅助等离子弧熔钎焊的工艺方法,实现了搭接宽度为3 mm的5052铝合金和T2紫铜的异种金属连接,获得了良好成形的铝/铜熔钎焊搭接接头。利用SEM、EDS、XRD和剪切试验等测试方法,研究了超声振动对铝/铜焊缝表面成形、铝在铜基体上的浸润铺展、焊缝晶粒尺寸大小、接头界面组织结构和力学性能的影响。结果发现不施加超声振动时,在界面处形成大约55 μm厚的金属间化合物层,Al-Cu共晶区出现一些树枝晶和粗大的等轴晶,焊接接头的剪切强度为51.37 MPa。施加超声振动后,铝在铜基体上的浸润铺展面积增加,金属间化合物层的厚度下降到29 μm,Al-Cu共晶区的晶粒尺寸明显降低,搭接接头的剪切强度由51.37 MPa增加到84.93 MPa。对接头的断口形貌进行SEM观察发现接头的断裂方式为脆性断裂。然后,为了后期进行铝/铜接头的导电性研究,又进行了搭接宽度为10 mm的1060纯铝和T2紫铜的超声振动辅助等离子弧熔钎焊工艺试验,分析了不同超声功率、焊接电流和焊接速度对铝/铜等离子弧熔钎焊搭接接头的宏观形貌、横截面微观形貌、界面组织结构和剪切强度的影响。所得到的焊缝浸润铺展良好,接头无明显的裂纹、气孔等焊接缺陷。采用SEM对得到的搭接接头进行观察发现,整个界面过渡区域和焊缝区可大致分为Al-Cu金属间化合物层、Al-Cu块状共晶区以及α-Al与网状Al-Cu共晶组织区三个区域,而Al-Cu共晶组织区由α-Al固溶体和金属间化合物CuAl2相组成。随着超声功率的增大,界面处金属间化合物的破碎程度增大,平均厚度降低,Al-Cu共晶组织区的厚度增大。随着焊接速度的减小以及焊接电流的增大,由于焊接热输入增大,铝/铜界面处金属间化合物层的厚度明显增大。由剪切试验结果可以看出,接头的剪切强度随着超声功率、焊接电流和焊接速度的增大均呈现先增大后减小的规律。当超声功率为700 W、焊接电流为75 A、焊接速度为190 mm/min、离子气流量为2 L/min、保护气流量为1 L/min时,1060纯铝和T2紫铜搭接接头的剪切强度最大,为86.31 MPa;接头的断裂方式为解理断裂,断裂位置处于CuAl2的金属间化合物上。最后,研究了工艺参数变化对纯铝和紫铜等离子弧熔钎焊搭接接头电阻率和电导率的影响。研究结果表明,随着超声功率、焊接电流以及焊接速度的增大,接头的电阻率先减小后增大,而电导率先增大后减小。当超声功率为700 W、焊接电流为75 A以及焊接速度为190 mm/min时,接头的电阻率达到最小,为2.18μQ·cm,接头的电导率最大,为79.09%IACS。