搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)自1991年英国焊接研究所(TWI)发明以来,在轻质合金金属焊接上获得了广泛应用。但由于自身工艺特点,造成了其在焊接时需要很大的轴向压力及在焊接过程中搅拌头需要承受很大的前进阻力。为了改善上述问题,研发了一种新型焊接工艺—超声振动搅拌摩擦焊(Ultrasonic vibration friction stir welding,UVFSW),该工艺通过在搅拌针上添加轴向超声振动来改善焊接过程中FSW存在的问题。本文以6061-T6铝合金为研究对象,借助Fluent软件来研究超声振动对焊接过程中温度场和流场的影响。为了深入了解超声振动对焊接过程的影响,论文首先建立了搅拌摩擦焊的数学模型,然后,基于超声软化效应,通过引入软化系数建立了超声振动搅拌摩擦焊的数学模型,从理论上分析了超声振动对轴向压力、屈服应力、热源模型和粘度的影响。随后,根据所建立的数学模型,利用用户自定义功能(User Defined Function,UDF)将热源模型施加到轴肩表面、搅拌针侧面和底面,选取Fluent软件的“转动参考系模型+滑移网格模型”对搅拌摩擦焊的稳态焊接过程进行了模拟,得到了搅拌头附近的温度分布和材料流动情况。在此基础上,利用(UDF)程序将轴向振动施加于搅拌针上,并同时选取Fluent软件“动网格模型”中的“弹性光顺模型”以实现对超声振动搅拌摩擦焊的数值模拟。通过对比分析,研究了焊接过程中超声振动对产热率、温度场和塑性材料流动的影响规律。最后通过单一变量法研究了不同振动幅值、振动频率、轴肩半径和搅拌针形状对焊接过程中搅拌头产热率、温度场和流场的影响规律。本文所做研究工作对于揭示超声振动搅拌摩擦焊接过程的物理机制,优化搅拌头结构设计及振动参数的选择等具有重要的理论指导意义和参考价值。