旁路耦合电弧焊作为一种新型的高效焊接方法，依靠其自身独特的焊接过程不仅能够实现高速焊接而且还可以通过调节旁路电流来控制母材的热输入。因此旁路耦合电弧焊在对焊接效率以及母材热输入有严格要求的场合具有广泛的应用前景。本课题针对旁路耦合电弧焊过程中的热物理现象，主要进行了以下几个方面的研究工作。首先，针对旁路耦合电弧现象，研究其耦合机理，建立旁路耦合电弧的数学模型以及有限元模型。使用全耦合法对模型进行求解，获得不同焊接参数下旁路耦合电弧内部的温度场、流场以及电磁场分布情况，并比较旁路耦合电弧与普通TIG电弧的区别，分析焊接参数对旁路耦合电弧的影响规律。结果表明：a)在焊接总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，旁路耦合电弧下半部分的能量随之减少，更多的热量消耗在电弧上半部分和旁路电极上，因此电弧底面上的温度也随之降低。b)旁路耦合电弧内部的高压区域主要分布在电极下方和电弧底面附近，其中电极下方具有最大的电弧压力值和电弧压力梯度。电弧底面上的电弧压力随旁路电流的增加呈现先减小后增大的趋势。c)在总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，越来越多的电流被旁路电弧分流而并未流入母材，导致通过电弧底面的电流密度明显减小。其次，针对旁路耦合电弧焊的特点，在已有研究的基础上提出一种新的复合热源模型。并使用该热源模型建立旁路耦合电弧焊工件的温度场模型，研究旁路耦合电弧焊调节母材热输入的过程和机理，并通过试验验证所建立的模型的合理性。结果表明：a)在焊接总电流不变的基础上，焊缝的熔深以及母材的热输入会随着旁路电流的增加而降低，并且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大。b)工件背面三个特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致，表明根据旁路耦合电弧焊特点所提出的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系。最后，利用上述所建立的旁路耦合电弧焊热源模型和工件的温度场模型，并进一步结合铝钢界面原子扩散动力学模型建立焊接参数-母材热输入-铝钢界面处金属间化合物层厚度的统一模型，使用该统一模型研究不同焊接参数下铝钢界面上的温度场以及金属间化合物层的生长情况。并且分别对铝钢异种金属焊接温度场模型和铝钢界面原子扩散模型进行了试验验证。结果表明：a)在焊接总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，母材的热输入以及扩散反应区域的温度随之下降，铝钢界面扩散反应时间也会随之缩短。对温度场模型的试验验证表明，工件背面B点的焊接热循环曲线的测量结果与相应点的模拟结果基本一致。b)当焊接总电流增大时，液态铝原子的扩散系数明显增大。而在焊接总电流不变的前提下增加旁路电流时，液态铝原子的扩散系数随之减小；金属间化合物层的厚度随焊接参数的变化情况与液态铝原子扩散系数的变化趋势一致，并且在扩散初期金属间化合物层厚度的增加率最大，而随着金属间化合物层厚度的增加其厚度增加率随之减小。试验验证结果表明金属间化合物层厚度随焊接参数变化趋势的计算结果与试验结测量结果一致的，而在数值上计算结果基本处于试验测量结果的分布范围内。