镍基合金是21世纪最重要的工程材料之一,因其具有卓越的高温性能和耐腐蚀性能,已被广泛应用于航空航天、石油化工、核电等领域。超薄镍基高温合金主要应用于波纹管、蒸汽冷凝管等工作环境苛刻的精密结构,这对焊接工艺提出了更高的要求。镍基合金热导率小,有较大过热倾向,容易导致焊缝晶粒粗大,液态的镍基合金粘度大,焊缝成形较差。超薄板件焊接时,又容易产生烧穿和变形。因此,焊接镍基合金超薄板件时,应选择焊接热输入可控性强,能量密度大的焊接方法。微束等离子弧焊具有焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小等特点。在施加脉冲电流的情况下,工艺参数可调性好,从而能够更精细的控制热输入。因此,采用脉冲微束等离子弧焊(P-MPAW)超薄镍基合金,研究不同脉冲参数下焊缝成形特征和微观组织变化,具有重要的意义。本文采用P-MPAW对100μm厚Inconel-718合金超薄板材进行焊接。为了更细致地研究脉冲电流对焊缝成形和微观组织的影响,选用了36组脉冲参数,且均保持一定的平均线能量(平均电流为2A)。进一步地,对焊缝成形以及接头微观组织分布进行了全面细致的定性和定量分析。针对100μm超薄镍基合金P-MPAW的焊缝成形,研究了焊接成形形貌特征和焊缝成形系数及其脉冲参数的影响。结果表明:100μm超薄镍基合金P-MPAW得到了五种焊缝成形形貌,分别为熔池不连续焊缝、熔池连续不等宽焊缝、熔池重熔焊缝、鱼鳞状焊缝和连续熔池焊缝,且随着脉冲频率、基值电流、或占空比的增大,焊缝形貌呈现出从熔池不连续焊缝向连续熔池焊缝变化的趋势,并使得焊缝宽度减小、焊缝的厚度增大,从而降低焊缝成形系数,改善了焊缝成形;通过对焊缝成形占空比的研究可知,焊缝成形占空比远大于脉冲电流占空比;焊缝的正面宽度略微大于背面宽度。本文研究基于100μm超薄镍基合金P-MPAW的五种焊缝形貌,把焊缝划分为非重熔区、重熔区和连续区这三个区域,基于超景深显微镜对这三个区域的热影响区(HAZ)、部分熔化区(PMZ)和焊缝区(WZ)中心的微观组织分析,进一步采用Image-J对其中的等轴晶的分布面积和晶粒平均直径进行了测量和分析,并讨论了脉冲参数对等轴晶的分布面积和晶粒平均直径的影响。研究表明:在熔池不连续焊缝的非重熔区中,随着占空比减小,HAZ面积和晶粒平均尺寸以及PMZ的面积均减小,而PMZ的晶粒平均尺寸、WZ的等轴晶区面积和晶粒平均尺寸均增大。在熔池连续且不等宽焊缝的非重熔区,基值电流或者占空比过高,使得HAZ面积较大,而PMZ的面积和晶粒平均尺寸均较小,WZ的等轴晶区面积及晶粒平均尺寸的变化更为复杂。在熔池重熔焊缝的非重熔区中,降低基值电流和占空比,有利于HAZ和PMZ的面积以及晶粒平均尺寸的减小,相应的WZ等轴晶区的面积也减小,而等轴晶的平均尺寸变化不大。在熔池重熔焊缝的重熔区中,较小的占空比和基值电流下,HAZ的面积和PMZ的晶粒平均尺寸最小,适当的增大基值电流时,HAZ的晶粒平均尺寸也会减小,而PMZ的面积在70%占空比和1.20A的基值电流下最小,WZ的等轴晶区面积及晶粒平均尺寸在占空比较高时均比较大。在鱼鳞状焊缝的重熔区,低脉冲参数时,HAZ的面积较小,而HAZ的晶粒平均尺寸增大;当较小的占空比和基值电流下,当增大频率时,PMZ面积减小,且不利于PMZ晶粒的细化;当占空比为30%、频率为15Hz、基值电流为1.60A时,WZ的等轴晶区最大且晶粒尺寸最小。在连续熔池焊缝的连续区中,低占空比下,增大基值电流和脉冲频率,有利于HAZ面积和晶粒平均尺寸减小;占空比为30%,频率为500Hz时,PMZ面积和晶粒平均尺寸最小;在低占空比、较高的频率和基值电流下,等轴晶区面积较大,而等轴晶区的晶粒平均尺寸受脉冲参数的影响不大;另外,脉冲电流下的焊缝各晶区面积及晶粒平均尺寸明显优于恒定电流下的焊缝,这表明:在平均线能量不变的情况下,选用合理的脉冲组合,可以有效的改善焊缝组织结构。通过对不同脉冲参数下,焊缝的宏观成形和微观组织的晶区面积以及晶粒大小的研究,可以为改进焊接工艺提供理论依据。