镍基高温合金具有优异的高温强度和抗氧化性能,因此在航空航天发动机及工业燃气轮机等领域发挥着至关重要的作用。然而,镍基高温合金中含有多种强化元素且该类合金导热性能较差,常规的焊接工艺方法使得镍基高温合金焊缝易产生粗大的晶粒以及严重的偏析现象,从而导致焊缝具有较高的热裂纹敏感性。本文采用在常规焊接过程中施加低频机械振动的方法来促进焊缝组织晶粒细化、降低微观偏析,以此来达到降低镍基高温合金焊缝的热裂纹敏感性和提高接头力学性能的目的。由于焊接熔池结晶过程不可见,因此为了获得低频机械振动对熔池结晶过程影响的直观认识,首先采用硫代硫酸钠进行了物理模拟,来观察振动对结晶过程的影响。在此基础上,采用Inconel 601H合金作为试验材料,在不同的振动方式及参数下,研究了GTAW焊缝晶粒细化效果及接头微观组织。并且,分析了焊缝晶粒大小、析出相分布、元素偏析程度以及热影响区宽度对焊接热裂纹敏感性的影响规律。最后,分析了不同的振动方式对焊接接头显微硬度的影响规律。研究结果表明:首先,当振幅达到0.25mm时,焊缝成型较差。当振幅小于等于0.2mm时,焊缝成型良好。说明在振幅小于等于0.2mm时才能保证焊接接头的基本力学性能。其次,低频机械振动下焊接可以显著促进Inconel 601H合金焊缝的晶粒细化,并且当振幅达到0.2mm时,可以获得细小均匀的等轴晶组织。但是,就焊缝晶粒细化效果而言,振幅是存在一个阈值的,而且与振动方式相关。同一振幅下不同振动方式焊缝晶粒细化程度不同,主要是由于不同的振动方式造成了熔池对流差异,导致熔池中游离晶存留数量发生变化。再次,细小的等轴晶以及弥散均匀分布的γ′相,可以降低焊缝的微观偏析以及提高晶界强度,有利于抑制焊缝结晶裂纹的产生。但是振动焊接会造成焊接接头热影响区宽度明显增加,不利于改善热影响区抗液化裂纹能力。最后,与常规焊接相比,垂直振动和纵向固定水平振动的方式可以明显提高焊缝的显微硬度,并且使得硬度值平稳变化;横向固定水平振动的方式虽然使得焊缝中心硬度值有所提高,但是整体硬度值偏低,波动较大,不利于提高焊接接头的综合力学性能。