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超声-TIG复合焊接克服了常规TIG焊接熔深浅、效率低的不足，采用外加声场的方式，提高电弧挺度，增大熔深，细化焊缝晶粒组织，但是其作用效果依赖于焊接规范。变幅杆作为超声振动辐射源，辐射端尺寸的改变对于超声能量的传递有着重要影响，为了进一步研究超声在复合焊接中的作用，研究了辐射端直径变化对超声能量传递的影响。已有的超声电弧复合焊接方法中，超声振动模式在整个焊接过程不发生变化，本文提出了双脉冲超声-TIG复合焊接方法，深入研究了脉冲频率对超声作用效果的影响。在声场模型中引入电弧，模拟得到不同辐射面直径时，变幅杆轴线声压幅值随辐射端高度的变化曲线，并通过实验的方法观察电弧形态和焊缝宏观形貌的变化情况，确定了最优辐射面直径，最优参数下电弧压缩程度最高，焊道断面形态为中心熔化型，熔深达到最大，超声能量传递效率高，通过试验验证了模拟的结果。从焊缝宏观形貌、微观组织两方面讨论了不同脉冲模式下脉冲频率对超声作用效果的影响，随脉冲频率变化，焊缝熔深和深宽比呈现波动变化，接头微观组织的演变规律各不相同，双脉冲模式得到焊缝熔化断面形态均为中心熔化型，熔合区宽度窄小，随着脉冲频率增加，熔深和深宽比减小，焊缝上部等轴晶区出现细小树枝晶，焊缝边界树枝晶数量减少，胞状树枝晶尺寸增大。提出了超声-TIG复合焊接电弧力模型，认为电弧压缩、等离子流力轴向分力的提高是形成熔池表面凹陷的主要因素，焊缝奥氏体晶界析出相形态的观察发现复合焊接析出相分散在奥氏体晶粒内部，常规TIG焊接析出相富集在奥氏体晶界处，超声振动的引入对提高接头抗晶间腐蚀性能有利。最后研究了5mm厚板对接接头组织和力学性能，双脉冲焊接过程中电弧稳定、收缩明显，能实现5mm厚板单道全熔透，焊缝边界依附母材晶粒联生生长的柱状晶完全脱离母材，柱状晶尺寸大幅度减小，焊缝中心区为规则、细小的等轴晶粒，焊缝区硬度值相比常规脉冲焊接有所提高。