CP3钛合金作为一种典型α钛合金，具有强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空发动机、飞机隔热板等部件的制造。目前，航空钛合金零件中焊接结构的使用较为广泛，针对焊接头性能改善的研究也越来越受到重视。超声冲击是一种提高焊接结构性能的有效方法，该方法利用超声波振动驱动冲击头高速撞击金属表面，使金属产生塑性变形，从而起到强化焊缝的作用。本文基于超声冲击的作用机理，对超声冲击处理后焊缝处粗糙度、残余应力分布、疲劳性能、耐腐蚀性能以及微观组织等方面的改变进行了分析研究。采用有限元分析软件ABAQUS，对CP3钛合金的激光焊接过程及超声冲击过程进行数值模拟分析，获得了超声冲击处理后焊缝处的三向残余应力分布规律。通过比较沿焊缝方向上的节点超声冲击前后的应力情况发现：超声冲击处理能够有效降低焊缝的残余应力水平，将焊后的高值残余拉应力完全消除，并在焊缝处形成有益的残余压应力场。基于模拟仿真结果进行相应工艺试验研究。针对现有超声冲击装置进行改进，设计了相应的气动滑台装置，调节装置以不同大小预压力对焊缝进行全覆盖冲击，对冲击后的焊缝进行性能测试，得到如下规律：超声冲击处理之后的焊缝表面粗糙度降低，且随着预压力的增大粗糙度数值先下降后趋于稳定；焊后未经超声冲击处理的焊缝处分布着高值残余拉应力，经超声冲击处理之后，焊缝处的残余应力大幅度下降甚至转变为残余压应力，且随着预压力的增加产生的残余压应力幅值增大，但当预压力达到60N后，残余应力幅值将趋于稳定；超声冲击处理之后的焊缝显微硬度随着预压力的增大而增大。