随着“中国制造2025”这个概念的提出以来,中国制造促使着现代制造业的飞速发展。在焊接加工制造领域,能够满足当今以优质、高效为目标的新型高效焊接工艺方法成为研究的热点问题之一,业内竞争十分激烈。复合焊接工艺方法的出现,以焊接质量好、焊缝缺陷少、生产效率高等优点,博得了业内人士的首要关注,且作为实现焊接高效化的重点方向。传统的熔化极气体保护焊工艺中,焊接热输入量与熔敷金属量近似成比例关系,很难保证热输入相同的条件下,增大熔敷金属量。传统焊接工艺大部分为单点热源形式,即无法调节热输入在空间位置上的能量分布情况,从而不能够降低焊趾处的温度梯度。这两个大难题在一定程度上影响了焊接速度的大幅度提升。在焊接方向上延长热量的分布,且能够在大电流高速焊接条件下,获得低热输入的温度场,增大温度梯度从而获得液态金属流动的主要动力,可以十分有效地实现焊接的高效化,提高焊接速度、提升焊接质量。本文提出研究了一种新型的复合电弧焊接工艺方法,该工艺由一个直流反接的MIG焊和一个变极性TIG焊复合而成。其中MIG电弧作为熔化焊丝和促使熔滴过渡的主电弧,在焊丝和母材之间形成脉动的电弧形态;TIG电弧作为旁路辅助电弧,通过极性的变换可以在钨极和焊丝之间,以及钨极和母材之间形成周期性切换的变换电弧形态。当辅助电弧在钨极和焊丝之间燃烧时,辅助电弧的电弧热大部分作用在焊丝上,可以增大熔敷金属量,且此时母材热输入受到的影响很小;当辅助弧在钨极和母材之间燃烧时,可以改变热输入的大小以及能量分布方式,降低温度梯度;同时交替的变换的辅助电弧不仅存在促进熔滴下落的作用力,并且能够对熔池存在周期性的作用力,从而对熔池有规律的搅拌。合理调节辅助电弧变换的时间比率和强度,能够实现熔敷金属量和热输入量的相对独立控制,且可以起到细化焊缝晶粒的作用从而优化焊接质量。对TIG-MIG交替电弧复合焊接平台进行了优化和改进,设计了交替复合焊接双枪空间位置机构,能够精确调节TIG-MIG焊枪的相对高度、整体高度、间距和相对高度等位姿参数;进行MIG单丝短路过渡焊接实验,调节PI参数,优化电源的跟随特性;改变核心控制硬件部分,以最终实现稳定峰值电流型PWM的控制方法,优化了焊接电源的软硬件系统;构建相应的实验平台,搭建高速摄像系统。利用高速摄像技术和电信号数据采集系统,总结了交替复合焊接TIG辅助电弧的特点;通过非变极性TIG复合焊接工艺电弧观察试验,分别描述了TIG电源上路持续导通和下路持续导通条件下电弧的形态及简要分析其导电机理;在稳定的交替复合焊接工艺区间内,进行电弧观察试验,对TIG辅助电弧运动进行分析,并描述了TIG电源在变极性状态下的变换过程。采用高速摄像技术手段,探索了钨极端头与焊丝中心距离S依次为3mm、4mm、5mm,钨极端头与焊丝导电嘴相对距离H依次为10mm、11mm、12mm,MIG干伸长L依次为15mm、16mm、17mm条件下,不同组合空间位置下交替复合焊接实验的焊接规范,寻找出一脉一滴的熔滴过渡区间;分析钨极端头与焊丝中心距离S、钨极端头与焊丝导电嘴相对距离H及MIG干伸长L分别对熔滴过渡的影响规律。