激光与电弧的相互作用机理是激光-电弧复合焊接过程控制的物理基础。常规的激光-电弧同侧复合焊条件下激光和光致金属等离子体同时作用于电弧,难以澄清激光和光致金属等离子体在电弧中各自起到的作用。为此,本文建立了激光-TIG电弧双侧焊条件,通过控制激光焊匙孔的穿透程度,系统地分析了电弧中光致金属等离子体和激光从无到有、从少到多的变化过程对电弧形态、物理特征的影响规律。采用光谱诊断计算分析激光作用下电弧光谱特征和电子温度、密度分布规律,进而阐释激光对电弧作用的物理机制。　　以4mm厚5A06铝合金为试验材料,开展CO2激光和TIG电弧双侧焊试验,采集不同激光功率下典型的电弧形态,分析不同电弧形态的光谱特征,并采用Saha-Boltzmann法计算电弧电子温度,Stark展宽法计算电弧电子密度。发现激光-电弧双侧作用下,随着激光功率的增大电弧呈现出弧柱整体收缩、电弧弧根压缩、弧柱整体膨胀三种典型的电弧形态,并对应了典型的光谱特征;通过对不同电弧形态的光谱强度、电子温度和电子密度变化规律的分析,证明这三种典型的电弧形态分别对应着电弧中无光致金属等离子体、存在少量光致金属等离子体以及出现大量光致金属等离子体三种情况。　　电弧中无光致金属等离子体,即匙孔未穿透条件下,电弧弧柱出现收缩,但其光谱特征与单电弧相比无明显的差异。采用红外热像仪、数值模拟方法对不同预热条件下的工件温度场进行测量、计算,证明利用激光的体热源加热特点预热工件,可在工件上形成一个温度梯度很大的热斑点,为电弧提供更稳定的阳极斑点,有效地提高了电弧的稳定性;进一步结合工艺试验计算了电弧弧柱收缩时的临界温度梯度值。　　当电弧中出现少量光致金属等离子体时,即匙孔刚刚穿透时,电弧弧根明显压缩,此时与单电弧相比,Al、Mg谱线增强,而Ar谱线则减弱。基于光谱测量结果,计算、对比了单电弧和弧根压缩电弧中Al与Ar原子密度比以及Mg与Ar原子密度之比,发现光致金属等离子体主要聚集在电弧弧根,导致此处的电子温度下降,电子密度升高,并从光致金属等离子体对电弧电导率和热辐射系数的影响,对弧根电子温度下降这一现象给出了合理的解释。研究表明,弧根处形成的光致金属等离子体聚集区为电弧提供更加容易的导电通道是电弧弧根压缩的本质原因。这种电弧可大大提高电弧能量密度,提高焊接过程稳定性,是激光与电弧之间的理想能量作用机制。　　当大量光致金属等离子体从匙孔进入电弧时,形成弧柱膨胀的电弧形态,其金属谱线和Ar谱线均达到最高。光谱测量结果表明光致金属等离子体充满整个弧柱,导致整个电弧的弧柱发生膨胀、电子密度降低。金属等离子体较高的电导率和热辐射系数降低电子温度和光致金属等离子体自身的高温特性,以及激光直接作用于电弧提高电子温度三方面因素的综合作用下,电弧电子温度与单电弧相差不大。　　为了研究激光本身对电弧的影响,基于电弧对激光逆轫致吸收理论的分析,设计了相关物理模拟实验,计算验证激光穿过电弧之后,电子温度、密度的变化规律,发现激光作用于电弧使得电弧电子温度和密度均升高。　　最后,对6mm厚5A06铝合金激光-TIG电弧双侧焊特性进行研究,分析了激光-电弧双侧焊缝成形特征、微观组织以及接头力学性能。结果表明铝合金激光-电弧双侧焊可以获得成形良好、力学性能优异的焊接接头。