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超声电弧复合焊接方法具有压缩电弧、细化组织、增大焊缝熔深的优势,能够提高焊接质量和效率。目前已经开展直流焊接、交流焊接、MAG焊接与超声能量的复合,这些新型复合焊接方法都具有传统焊接方法不具备的优势。而关于脉冲TIG(P-TIG)与超声能量复合的研究尚未开展。为了扩展超声复合焊接的应用,研究了超声脉冲TIG复合焊接方法(U-P-TIG)。在此基础上,对比分析了该方法与超声TIG复合焊接方法(U-TIG),研究了超声作用效果的异同。试验开展前,为增强超声作用效果,设计了凹球面超声变幅杆并对超声复合焊枪进行了优化。设计了凹球面超声变幅杆,并对原有超声复合焊枪进行了优化。凹球面超声变幅杆可以显著提高轴线声场强度。采用凹球面超声变幅杆后,焊缝熔深增加程度加大,组织细化程度增加,细化区域扩大。设计的水冷机构降低了焊接中超声变幅杆的温度,延长了连续工作时间。改进的导气装置提高了气体保护效果。对U-P-TIG焊接方法从电弧形态与熔池状态,超声参数、焊接参数影响以及接头微观组织与力学性能四个角度进行了深入研究。研究结果表明:超声在基值电流时段对电弧压缩明显,峰值电流时仅对电弧上半部分压缩,电弧下半部分稍有扩展;超声的加入使熔池中心剧烈震荡,改变了原有熔池的流动状态。随超声功率、峰值电流、基值电流、占空比的增加,超声作用效果增强,但熔深增加程度与组织细化程度各不相同,相同脉冲频率下加超声的焊缝组织比不加超声的组织细化。超声在热输入较大时作用效果明显,分析认为热输入量大使熔池持续时间较长,超声作用时间延长。接头组织和力学性能对比分析表明,超声使焊缝中心等轴晶区扩大,两个叠加熔池之间的柱状晶被削弱,组织的改变对贫铬现象有所改善,同时超声的加入使接头抗拉强度和延伸率都有提高。最后研究了U-TIG焊与U-P-TIG焊两种不同焊接形式中超声作用的特点。研究结果表明:U-TIG焊接中,大电流和小电流条件下超声都能明显压缩电弧,U-P-TIG焊接中,在峰值电流结束和基值电流持续时间内超声对电弧有压缩作用;U-TIG与U-P-TIG焊接中熔池流动规律基本一致,但后者熔池中心震荡程度更剧烈;U-P-TIG焊缝区的铁素体骨架被超声打碎,使其散乱分布,组织比U-TIG细化且细化区域较大;U-P-TIG接头的抗拉强度比U-TIG接头稍高。