超声-TIG复合焊接方法在改善焊缝组织和性能，提高焊接效率方面有一定的优势。本课题针对现有超声-TIG复合焊炬进行水冷设计，解决该复合系统变幅杆在焊接过程中容易过热，引起电弧和焊接过程不稳定的问题；提高超声-TIG复合焊炬承载较大焊接电流和单道焊接长度的能力，提高焊接效率。同时，本课题将超声振动加入到焊接过程中，采用数值模拟方法来研究焊接熔池中超声场的分布。对现有复合焊炬进行水冷设计。首先利用ANSYS软件对变幅杆冷却的可行性进行分析，确定了变幅杆的冷却形式和设计尺寸，使其满足超声振动系统谐振的要求。试验证明，采用该方式变幅杆冷却效果明显，而且对超声作用影响微弱，声压降低为原有的96%。其次，设计钨极装卡方式，保证钨极调节的灵活性，满足焊接过程中导电、传热的需要。同时设计钨极冷却系统，通过测温试验发现，距钨极夹底部5mm处温度下降1/3，冷却效果明显。对改进的复合焊炬进行验证试验，结果表明变幅杆与钨极冷却效果良好，焊接过程更稳定，可焊接长度明显提高。在160A时，能实现单道连续焊缝稳定焊接3min；180A时，稳定焊接2min；200A时，稳定焊接50s，达到现有设计的承载极限。对比加超声前后不同焊接电流下的焊缝熔深，发现熔深增加程度随电流增大而减弱。最后，利用ANSYS有限元软件，初步探究了声场在熔池中的分布，结果表明：声场通过固液耦合面的反射，主要集中在熔池中，并且在熔池中的整体分布与温度场有关，同时随超声振动发生周期性变化。熔池中的纵波经过透射聚焦后，在底部声场作用最强，并且沿着表面方向不断递减，随超声振动发生周期性变化。