镍基合金在高温下具备良好的抗热腐蚀和抗氧化等性能,并能够保持较好的组织稳定性,因此在航空航天发动机及电力行业汽轮机等领域发挥着重要的作用。然而,由于镍基合金元素种类多、合金溶液流动性差及导热系数低等特点,常规焊接条件下焊接接头容易出现显微偏析和晶粒粗大等问题,使焊接热裂纹敏感性增加。课题组先前的研究表明,焊接过程仅施加低频机械振动可以细化焊缝中心晶粒,但焊缝边缘上部区域存在较多柱状晶,热影响区较宽且晶粒粗大;而在一定的急冷工艺下焊接时,焊接接头的晶粒得到细化。所以本文考虑将振动和急冷的耦合场施加于焊接过程中,使焊接接头晶粒尺寸、显微偏析得到进一步改善,而达到更有效控制焊接热裂纹的目的。首先,研究振动和急冷的耦合作用对Inconel 601H合金焊接接头微观组织的影响。结果发现,振动-急冷耦合作用下,焊缝中基本为细小的等轴晶,振动条件下焊缝边缘上部区域存在较多柱状晶的问题得到改善,且热影响区宽度及晶粒尺寸较常规和振动条件焊接时都有所减小。焊缝中γ′相析出减少,且呈现更为细小均匀的弥散分布;Ti元素的偏析明显减小;焊缝硬度值得到进一步提升且分布更加均匀。其次,结合硫代硫酸钠的物理模拟发现,耦合作用下焊接,熔池中液态金属过冷度明显增加,促进更多晶核的形成;熔池边缘晶核受中心高温液体影响减少而使该区域的更多晶核得到保留;且热影响区最高温度Tm也得到明显降低。这促使焊接接头晶粒得到进一步细化。最后,进一步研究了振动-急冷耦合作用对Inconel 625合金焊接接头微观组织的影响。研究结果表明,常规焊接条件下母材和热影响区之间没有明显的分界线。垂直振动条件下焊缝中基本为较短的树枝晶,而振动同样导致热影响区较宽且晶粒粗大。急冷工艺下焊缝中出现等轴晶,枝晶间距明显减小,热影响区晶粒得到有效细化。耦合焊接工艺不仅使焊缝晶粒得到细化,焊缝中基本为细小枝晶,也使热影响区晶粒较常规和垂直振动条件下焊接时得到明显细化。焊缝中Laves脆性有害相的共晶组织发生由连续网状向细小弥散析出转变,且数量明显减少。焊缝硬度值有所提升且均匀分布。