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随着大型装备制造业的发展,厚板焊接在设备制造中运用越来越广泛。目前窄间隙GMAW在厚板焊接中比较流行,具有设备简单、效率高等特点,但是窄间隙GMAW时常伴有侧壁难熔合的技术问题。缆式焊丝独有的绞合结构,多弧旋转耦合,从而实现高效节能焊接。本文使用窄间隙GMAW与缆式焊丝技术两种高效节能焊接方法相结合,从而更好的解决了窄间隙GMAW侧壁难熔合问题。本文采用数值模拟与实验验证结合的方法,通过研究窄间隙缆式七丝GMAW电弧物理行为与熔池流动行为,从而揭示了高效节能窄间隙缆式七丝GMAW热质传输机理。首先对窄间隙缆式七丝GMAW建立数值电弧模型,对不同焊接参数下的电弧物理行为进行研究。结果表明:窄间隙缆式七丝GMAW保护气体流量15L/min条件下,在300A、350A、400A电流下,轴向温度场电弧温度峰值分别为16189.79K、18453.83K、19356.49K,轴向电弧温度峰值从300A到350A增加2264.04K,增长率为13.98%;从350A到400A时增加902.66K,增长率为4.89%,随着电流的不断加大,其轴向电弧温度峰值也在不断增大,工件表面附近电弧峰值温度分别为10236.99K、10308.95K、11309.29K;不同电流轴向峰值电势都是在阳极出现,在焊接电流为300A、350A、400A时出现的峰值电势分别是14.32V、15.03V、20.55V,径向电流密度最大值为6.64×10~6A/m~2、6.92×10~6A/m~2、9.73×10~6A/m~2,50A梯度条件下,径向电流密度梯度增加值为2.8×10~5A/m~2、2.81×10~6A/m~2,轴向峰值电流密度分别是5.56×10~7A/m~2、5.75×10~7A/m~2、5.99×10~7A/m~2。随着电流的不断梯度增加,电弧电势、电流密度也在梯度增大;轴向速度最大值分别为75.56m/s、121.11m/s、145.47m/s,工件表面附近径向峰值速度分别为1.06m/s、1.25m/s、6.25m/s,等离子流速随着焊接电流的增大而增大;电弧压力随着焊接电流的增大而增大,电弧压力最大值出现在阳极,轴向峰值压力分别为128.11Pa、248.38Pa、311.14Pa,径向电弧压力最大值分别为12.71Pa、19.00Pa、21.76Pa。焊接电流350A条件下,在15L/min、20L/min、25L/min保护气体流量下,轴向温度场电弧温度峰值为18453.83K、18768.53K、19276.55K;电势最大值分别为、15.03V、15.18V、15.77V;速度场轴向速度最大值分别为121.11m/s、124.46m/s、135.16m/s;轴向峰值压力分别为248.38Pa、255.87Pa、285.81Pa。对相同焊接参数下的缆式焊丝GMAW电弧进行数值模拟计算,设定在相同焊接参数的前提下进行对比（350A、15L/min）,窄间隙缆式七丝GMAW比缆焊丝电弧轴向峰值温度多3921K,径向峰值温度多32.7K;轴向峰值电势多5.34V;轴向峰值电流密度多3.51×10~7A/m~2,径向峰值速度多0.20m/s;轴向峰值压力多133.13Pa。其次对窄间隙缆式七丝GMAW的熔池进行数值模拟,建立几何模型并进行网格划分,设定好各项参数,在300A、350A、400A三组电流,模拟窄间隙缆式七丝GMAW熔池温度场与流场。结果表明:随着焊接电流的增大,熔滴的尺寸越来越小,受到的旋转力更大,电弧的收缩性更强,电弧作用于工件表面的能量更集中,对表面张力的冲击力更大,搅拌作用更强,对于焊缝余高的堆积性越好,熔滴过渡的方式分别为大颗粒过渡、小颗粒过渡、射滴过渡。最后通过高速摄像实时传输可视化高清电弧、熔池、熔滴过渡的高清视频,有效的监测与观察焊接过程中电弧形态变化,熔滴过渡方式转变和熔池流动,也可以捕捉到电弧与熔池的耦合行为,为数值模拟分析验证提供实验数据。对缆式焊丝与窄间隙缆式七丝GMAW电弧形态数值模拟结果验证,窄间隙缆式七丝GMAW电弧呈“钟”状,其电弧温度场也呈现同样形状,两者极为吻合;缆式焊丝电弧也呈“钟”状,由于窄间隙缆式焊丝受到侧壁约束作用,电弧呈现出一定收缩性,相较于缆式焊丝GMAW,随着电流的梯度增加,等离子流速增加,旋转力增加、电磁力增加,收缩性显得明显,验证了模拟的准确性。