随着现代化工业的不断发展,轻量化已经成为工业生产制造领域中的重要研究方向。碳纤维树脂材料兼具良好的耐腐蚀性和高抗疲劳性,成为在各个工业领域中必不可少的轻量化材料。但是碳纤维板在连接关节处的应力集中会降低碳纤维材料的性能,因此需要在连接关节处使用铝合金板材。铝合金和碳纤维两种材料的物性参数存在较大差异,它们之间的连接技术是焊接领域亟待解决的关键问题。激光诱导电弧复合热源兼具高效、优质及低能耗等特点,因此,采用激光诱导电弧复合铆焊是解决上述关键问题行之有效的焊接方法。然而,激光诱导电弧复合铆焊工艺的焊接参数匹配困难而影响熔池控形困难,同时铆钉形状设计不当会导致焊接界面缺陷问题。采用传统的实验方法很难准确获得温度和应力参数来优化焊接参数和铆钉形状参数。因此,本课题以铝合金和碳纤维材料为研究对象,以计算机模拟COMSOL软件为研究手段,建立本文实验条件下的激光诱导电弧铆焊热源模型和温度场,并对模型进行验证,基于温度场模型研究不同焊接参数对焊缝熔池形貌的影响,实现碳纤维和铝合金良好的连接效果;探讨焊接过程中界面处碳纤维板材气孔和裂纹缺陷产生的机理,研究分析不同铆钉形状对缺陷的影响,通过优化铆钉形貌实现对焊接缺陷的控制。研究发现,激光诱导电弧复合热源旋转铆焊连接技术可以实现铝合金与碳纤维板材高效和稳定的连接。基于建立的激光诱导电弧复合旋转热源模型,得到焊接过程中热循环曲线与熔池形貌,通过与实验结果的对比发现误差小于3.6%,验证了模型的准确性。进一步研究了不同工艺参数对焊缝熔池形貌的影响,激光功率主要影响熔池熔深,电弧电流主要影响熔池熔宽,焊接速度则影响熔池整体大小,焊接工艺参数中激光功率为400 W、电弧电流80 A、焊接速度600 mm·min-1时,焊缝截面熔池熔深与熔宽比控制在0.6左右,可以得到较好的熔池形貌。本文设计的四种铆钉中,阶梯型铆钉焊缝中心的最大温度值小于斜铆钉7.8%,温度梯度也始终小于其他三种铆钉,为最佳的铆焊铆钉形貌。对阶梯型铆钉不同二级阶梯的直径进行了更深入的分析,8 mm二级阶梯直径的阶梯型铆钉既可以降低焊接过程中温度过高造成的碳纤维板材高温气化而产生气孔,也可以减小接头连接处热应力导致的裂纹缺陷,因此得出直径8 mm的二级阶梯铆钉是最佳的铆焊铆钉形貌。