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TIG焊是一种高质量的焊接方法,可以得到优良的焊缝成形,但是单道熔深浅、焊接效率低。超声-TIG焊接方法可以有效弥补普通TIG焊的不足。为进一步发掘此方法的优势,本文针对系统中尚未完善的部分进行了改进,研究了超声-TIG物理特性及焊接工艺,并对超声-TIG电弧收缩机理进行了初步探讨。首先利用有限元软件对复合焊炬进行了优化,分别确定了变幅杆辐射端、冷却机构及工具头形式和尺寸的最佳方案,满足了超声振动系统谐振及焊接的要求。改进后的焊炬系统具备优良的协调性、稳定性、可靠性及实用性。以声压强度为研究对象,测定了不同温度、不同种类传播介质中的辐射声场分布,确定了声场谐振模式。采集了超声-TIG电弧压力、静特性及温度场分布。试验表明超声-TIG电弧压力明显提高,电弧显著收缩,静特性曲线中的电压值皆处于较高水平。同电流下的超声-TIG焊可以实现对焊件更大的热输入,焊后冷却速率有所增加。由于热量的定向传递特点,超声-TIG焊热输入增大并未导致热影响区热输入量的增加,这对于减轻热影响区晶粒长大程度,提高接头性能有着积极的作用。试验研究了超声-TIG复合焊接工艺。采用匹配良好的工艺参数进行了304不锈钢板的对焊试验。结果证明了超声-TIG焊可以在更小的规范下实现单面焊双面优良成形。熔透情况下,超声-TIG焊缝中心出现较大区域的等轴晶、焊缝边缘区柱状晶得到细化、熔宽和熔化面积大大减小、熔合区宽度变窄、δ铁素体相分布更为均匀。力学性能测试显示,超声-TIG焊接接头抗拉强度、塑性皆优于普通TIG焊,超声-TIG焊接接头热影响区比普通TIG焊窄,焊缝组织分布也更为均匀。进行了高速摄像及电弧局部光谱分析,获取了超声-TIG电弧收缩的微观变化信息。初步探讨了超声-TIG电弧的收缩原因,并提出了四种作用机制:电弧力、电弧导电、导热及流体压缩机制,并阐明了其物理本质。