随着轻量化要求的不断提高,通过焊接的方法制备镁/铝复合结构在工业领域具有迫切的需求和广阔的应用前景。但是,焊接镁/铝异种金属时极易形成大量脆性金属间化合物,很难获得高质量的焊接接头。超声波焊接方法具有低能量输入和高效等特点,可以抑制脆性金属间化合物的生成,有助于解决工程应用中镁/铝异种金属焊接接头强度差的问题。本文开展镁/铝异种金属超声波焊接头连接机理及强化技术研究,具有重要的理论意义和实际应用价值。设计制造了变幅杆、不同端面花纹焊头和砧座等关键部件,搭建了适用于镁/铝异种金属焊接的高功率超声波焊接系统,通过焊头端面花纹和焊接参数的优化实现了镁/铝异种金属的可靠连接。研究了界面形貌、微观组织、镁铝金属间化合物组织结构特征和分布随焊接能量的变化规律,分析了镁/铝异种金属高功率超声波焊接头连接机理。结果表明,优化工艺条件下,焊接接头拉伸载荷可达2981.2 N,等效剪切强度为59.4 MPa。焊接界面处发生了明显的机械嵌合现象,生成了呈非连续分布的Mg17Al12金属间化合物并避免了脆性更强的Mg2Al3金属间化合物生成,其平均厚度仅为3.5μm,有助于提升接头性能。建立了镁/铝异种金属超声波焊接宏微观多尺度仿真模型,从不同尺度分析焊接过程中的宏观热力演化规律和微观离散扩散行为,进一步揭示焊接接头连接机理。构建三维热力耦合有限元模型探讨了焊接过程温度和应力演化规律。结果表明,界面最高温度低于母材熔点且高温停留时间很短,焊头端面花纹造成的局部应力应变集中对界面处材料的塑变和流动起到了重要作用。构建三维分子动力学模型从原子尺度研究了工艺因素对界面扩散行为宏观规律和微观机制的影响。结果表明,在一定范围内,提高焊接温度、相对摩擦速度和空位浓度对焊接过程扩散行为具有促进作用。提出了超声波点胶复合焊接和填充Zn或Cu箔中间层超声波焊接两种接头强化方法,研究了两种强化方法关键工艺参数对接头性能的影响规律,探讨了相应的接头强化机理。通过两种强化途径,有助于实现镁/铝异种金属超声波焊接头性能的提升。