304不锈钢因其具有优良的耐腐蚀性能、焊接性能和塑性,被广泛用于海洋平台、核电、化工石油等领域,在我国国防事业发展和经济高质量发展中占有重要地位。常规TIG焊接304不锈钢存在晶粒粗大、力学性能差、焊接效率低等问题,在TIG焊接中引入超声辅助技术,既可以获得高质量的TIG焊接头,又能提高焊接效率,然而目前学者对超声辅助焊接的研究主要集中在平板对接焊,对厚板窄间隙TIG焊接研究较少。本论文采用超声振动辅助TIG焊接、电弧超声TIG焊接和超声辅助电弧复合TIG焊接,三种超声辅助焊接工艺对U型坡口的10 mm厚304奥氏体不锈钢进行窄间隙焊接,对比三种超声辅助焊接工艺对304不锈钢窄间隙TIG焊接头的影响,探究超声辅助的作用机制。在304不锈钢窄间隙焊接中引入超声振动,研究不同超声振幅对焊接物理特性、焊缝成形、接头组织和力学性能的影响。结果表明,超声振动辅助焊接电弧水平宽度最大变宽2.65 mm,焊接热输入没有变化,焊缝熔深增加,焊缝熔池结晶产物以等轴晶为主,焊缝区显微硬度接近于母材,接头断裂均为韧性断裂,焊接接头的抗拉强度由619 MPa提升至674 MPa,屈服强度由359 MPa增加到376 MPa,断后伸长率由23%提升到25%,力学性能得到改善。通过电弧超声TIG焊接对304不锈钢进行窄间隙焊接,研究不同超声激励频率对焊接物理特性、焊缝成形、接头组织和力学性能的影响。研究表明,超声的引入使电弧底部发生收缩,底部热量减少,导致焊缝熔深变浅,超声激励频率为25 k Hz和35 k Hz时,焊接热输入发生变化,显微组织结晶产物还是以柱状晶为主,接头断裂为解理断裂,达到70 k Hz时以细小的等轴晶为主,组织也变得均匀,接头断裂形式变为韧性断裂,接头抗拉强度提升了13 MPa;屈服强度只增加9 MPa,焊接接头的断后伸长率由23%提升到25.5%。通过研究超声辅助电弧复合焊接时,不同超声振幅对304不锈钢窄间隙焊接物理特性、焊缝成形、接头组织和力学性能的影响,得到以下结论:引入超声焊接热输入不发生改变,当超声振幅为80μm、100μm时,焊缝熔深增加,底部侧壁熔合较好,而且没有电弧攀升现象,焊缝区等轴晶占比增多;在超声振幅为60μm时,焊缝区硬度平均值与母材的硬度比较接近,接头断裂形式均为韧性断裂,抗拉强度较常规TIG焊接最高提高了29 MPa,屈服强度最高增加了107 MPa,对应的延伸率从32%增加到36%。