熔化极气保焊由于具有成本低廉、效率高、设备操作简单、易于实现机械智能化生产等显著优点,成为装备制造业中应用最为广泛的焊接技术之一。提高焊接速度是提高熔化极气保焊焊接生产率的重要手段之一。但对于高速MIG焊来说,焊速过大会导致焊缝成形变差,甚至出现咬边、驼峰焊道等焊缝成形缺陷,阻止焊接速度和生产效率的进一步提高。课题组前期研发了一种外加复合磁场辅助的MIG焊接工艺,经实验研究验证,该外加复合磁场可有效抑制高速MIG焊的咬边与驼峰焊道缺陷,大幅提高焊接速度。然而,对于该复合磁场影响MIG电弧热力特性、改善焊缝成形的内在机理,仍缺乏本质性的理论研究。基于此,本课题基于实际外加励磁装置的布置方式,建立了外加复合磁场三维模型和MIG电弧仿真计算的数值模型,通过有限元软件分别对静态MIG电弧、不考虑熔滴过渡的MIG磁控电弧和考虑熔滴过渡的MIG磁控电弧进行了模拟仿真,分析了MIG电弧的热力特性,重点研究了外加复合磁场对MIG电弧温度场、流场和电磁场的影响,以及熔滴飞行过程中电弧热力特性的变化。初步揭示了外加复合磁场调控MIG电弧的作用机理,探索了励磁电流和焊接电流对MIG电弧温度、电流密度、流体速度、电弧压力以及电磁力等的影响规律。计算结果表明,外加复合磁场能够使MIG电弧在垂直焊缝方向发生偏转、在焊接前进方向发生前倾。MIG电弧的偏转角和前倾角随着励磁电流的增大而增大,随着焊接电流的增大而减小。利用复合磁控焊接实验平台开展了高速磁控MIG焊接实验,通过双高速摄像机采集了外加复合磁场调控下的MIG电弧形态,并与仿真电弧的偏转角和前倾角进行了对比后,经验证,不考虑熔滴过渡时,MIG电弧偏转角和前倾角的仿真结果略大于实验结果;考虑熔滴过渡后,MIG电弧偏转角和前倾角的仿真结果与实验结果基本吻合。