该文以不锈钢和铝合金为试件材料,进行了以等离子弧(PA)和钨极氩弧(GTA)相组合的双面电弧焊接工艺试验.对于不锈钢材料,该文在立焊位置采用直流恒流输入分别建立了双面电弧熔入焊和双面电弧小孔焊过程.采用较小的焊接电流就能在5mm厚不锈钢板上形成稳定的小孔效应,小孔产生后所测得的焊接电压下降了3~4伏,这将进一步的节省能源,并能保证焊接质量,该文同时采用相同的焊接规范参数做了常规单面等离子弧焊对比试验.对于铝合金材料,在平焊位置建立了稳定可行的双面电弧交流脉冲熔入焊过程,分别采用多孔喷嘴和单孔喷嘴进行了工艺试验,均得到了具有良好质量的焊缝,而且采用多孔喷嘴可以有效地防止焊接过程中等离子弧焊枪侧面双弧的产生.该文的试验结果表明,PA-GTA双面弧焊工艺热输入小,能够显著增加熔深,减小焊后工件热变形,而且可以在焊接过程中形成稳定的小孔效应,为一次性焊透更厚的试件提供了条件,具有可观的应用前景.在以上焊接试验的基础上,该文首次建立了运动电弧作用下PA-GTA双面电弧熔入焊和双面电弧小孔焊熔池流场与温度场的三维稳态数值分析模型.两模型均综合考虑了表面张力、电磁力和浮力对熔池中液态金属流动的影响.通过试验观察和比较,发现由于两把焊枪对焊接电流的引导作用,双面电弧焊接工艺中的等离子弧和钨极氩弧与常规电弧相比,得到了明显的压缩,电弧能量密度得到提高,是该工艺能够增加熔深的主要原因.在双面电弧小孔焊过程中,由于小孔效应的存在,等离子弧和钨极氩弧穿过小孔串连成为一个长电弧,从工件内部直接进行热交换,提高了工件对电弧能量的吸收率,而且增加了电磁力.在小孔内部的熔池自由表面,等离子流力和表面张力驱动液态金属向工件内部流动,当熔池两侧的表层液态金属向内部流动至汇合时,液态金属就会向熔池宽度方向发展,从而在工件内部形成较宽的熔合区,增加了焊缝中间部位的宽度,有利于形成更大的熔深和良好的焊缝质量.