传统的电弧焊方法焊接过程中电弧在工件和焊丝之间燃烧,工件做为电弧的一极,电弧产生的有效热量部分用于熔化焊接材料,另一部分用来熔化工件,形成焊接熔池和焊缝。双丝间接电弧气体保护焊(以下简称双丝间接电弧焊接)是一种高效、节能的新型电弧焊方法,该方法中双丝分别与直流电源的正、负极相连,工件不接电源。电弧在两根焊丝端部形成,电弧产生的绝大部分热量用来熔化焊丝,只有很少一部分用来熔化工件,所以该方法具有高效、节能、熔合比小等优点,是一种具有良好应用前景的焊接方法。焊接电弧是电弧焊过程中的重要能量来源,电弧温度、电流密度、等离子体速度以及电磁场等的大小和分布直接决定焊接热过程,影响电弧产热在焊丝和工件之间的分配比例、焊丝的熔化速度以及对工件的热输入,进而影响焊缝成型、焊接缺陷的形成以及接头质量,对焊接电弧的研究是了解电弧焊本质过程的前提。双丝间接电弧是双丝间接电弧焊接这种新型焊接方法的热源,决定了其焊接热过程。目前对于双丝间接电弧的研究还处于起步阶段,研究双丝间接电弧对于更好的了解这种新型焊接方法,解明其产热及熔化机理具有重要的意义,为这种新型焊接方法的进一步开发、优化以及工程实际应用奠定了基础。焊接电弧是一个高温等离子体,采用实验手段对其进行精确观察测量比较困难,而双丝间接电弧由于其特殊性更增加了测试和研究的难度,故而有必要借助于现代数值模拟技术对其进行深入地研究和分析。本文基于磁流体动力学及麦克斯韦方程组建立了双丝间接电弧的三维1/2有限元数学模型,利用有限元分析软件对双丝间接气体保护焊的焊接电弧进行了数值模拟。结果表明双丝间接电弧的电弧温度、电流密度、等离子体速度以及电磁场等电弧参数的大小和分布呈“弧柱区上端高,下端低,靠近两极的弧柱区部分最高,远离两极的弧柱区上端部分次之,弧柱区下端部分最低”分布规律,电弧向阳极一侧偏转,电弧形态类似于倒立倾斜的”提篮”型。分析了焊接电流、双丝夹角以及电弧长度对双丝间接电弧温度、等离子体速度、电流密度以及电势在弧柱区各个区域的分布以及变化规律。结果表明随着双丝夹角增大,电弧温度、等离子体速度以及电流密度在弧柱区上端增加,在弧柱区下端降低,其中靠近阳极的弧柱部分增量要大于靠近阴极的弧柱部分,电弧的偏转程度增加；随着焊接电流增大,电弧的温度、等离子体速度以及电流密度在整个电弧区域都增加,其中靠近阴极的弧柱部分和靠近阳极的弧柱部分增量较大,其他部分增量较小,尤其是弧柱区下端增量最小,电弧电压和偏转程度增加；随着电弧长度增加,电弧电压显著增加,电弧温度、等离子体速度以及电流密度增量较小,在靠近阴极的弧柱部分和靠近阳极的弧柱部分的增量远大于弧柱区下端；电弧的偏转程度增加。改变焊接电流、双丝夹角以及电弧长度都不会改变双丝间接电弧各项电弧参数“弧柱区上端高,下端低,靠近两极的弧柱区部分最高,远离两极的弧柱区上端部分次之,弧柱区下端部分最低”的分布趋势。电弧的温度,等离子体速度以及电流密度在靠近两极的弧柱部分始终较大,而在弧柱区下端始终保持在极低的水平,导致作为电弧两极的双丝熔化速度大,而靠近弧柱区下端的工件热输入低。双丝间接电弧焊接的阴极熔滴和阳极熔滴的过渡轨迹分别偏转,两列熔滴单独下落,两列熔滴的过渡位置距离较远,阴极熔滴的体积远大于阴极熔滴,阴极熔滴过渡频率小于阳极熔滴。熔滴所受的电磁排斥力是熔滴过渡轨迹发生偏转的最主要原因。熔滴脱离焊丝表面后所经过电弧区域电弧温度较低,电弧对熔滴的加热作用不明显,熔滴携带的热量较少。电弧模拟计算结果和熔滴过渡试验结果表明双丝间接电弧焊接中电弧和熔滴传递给工件的热量较少,这是双丝间接电弧焊接对工件热输入低的主要原因。双丝间接电弧焊接具有熔敷速度大、节能及熔合比小等优点的同时也有其局限性。焊接时易出现焊接接头熔深、熔宽不足、焊缝不连续以及焊缝边缘熔合不良等焊接缺陷,限制了这种新型焊接方法的推广应用。本文研究了上述焊接缺陷的形成过程、原因及消除措施,结果表明焊接时对工件热输入不足,液态金属温度低、流动性差,表面张力大是不连续焊缝形成的主要原因；焊接过程中熔敷金属量高而对被焊母材的热输入低,所形成的熔池不足以容纳液态金属,溢出金属在无法使工件熔化,铺展困难是造成焊缝边缘熔合不良的原因。由于其固有的焊接电弧特性及熔滴过渡特点所限,依靠调整双丝间接电弧焊接的焊接参数来提高对被焊工件的热输入,消除焊接缺陷有一定的局限性,故采用辅加TIG电弧的方法来增加对工件的热输入以改善其焊接缺陷和提高接头质量。辅加TIG电弧后所形成的焊接方法称为双丝间接电弧-TIG电弧复合热源焊接。TIG电弧的热输入可以单独调整,故而可以在不改变熔敷速度的前提下实现对工件热输入的灵活调整,在保证焊接质量的前提下尽量降低焊接热输入,既保持了其高效节能的优势,又克服了其焊接热输入不足的局限性。TIG电弧的加入导致双丝间接电弧焊接的熔滴过渡、电弧稳定性、熔池形态以及焊缝形状发生变化,所以研究了双丝间接电弧-TIG电弧复合热源焊接过程中钨极与双丝的相对位置、钨极端部与双丝交点的距离、TIG焊接电流以及钨极倾角对双丝间接电弧焊接的熔滴过渡、电弧稳定性、熔池形态以及焊缝形状的影响。结果表明TIG电弧靠近阴极焊丝导致阴极熔滴和阳极熔滴过渡轨迹之间的夹角增大,TIG电弧靠近阳极焊丝导致阴极熔滴和阳极熔滴过渡轨迹之间的夹角减小,阴极熔滴所受TIG电弧的吸引力和阳极熔滴所受TIG电弧的排斥力是造成上述现象的主要原因；TIG电弧能够通过辐射和热传导以及蒸发的金属蒸汽来增加双丝间接电弧等离子体的电导率,进而增加双丝间接电弧稳定性；随着TIG焊接电流的增大,TIG电弧对双丝间接电弧的稳弧作用越明显,随钨极端部与双丝交点之间的距离增加,稳弧作用降低；焊缝熔宽由TIG电弧和双丝间接电弧共同决定,当TIG焊接电流较小时,焊缝熔深由TIG电弧和双丝间接电弧共同决定,TIG焊接电流超过150A后焊缝熔深主要由TIG电弧决定。钨极端部与双丝交点的距离对焊缝熔宽影响较大,对焊缝熔深影响较小；焊接速度对焊缝熔深的影响要大于焊缝熔宽。