焊接作为连接技术中最早出现的连接方法,因其适应性强等特点在金属加工领域内被广泛应用。传统GTAW电弧具有良好的电弧稳定性,但其能量密度低,导致了其焊接熔深浅、焊接效率低。课题提出空心阴极中心负压电弧这一新型热源,采用空心阴极燃弧,使阴极腔内为负压状态,在电弧中形成中心到周围压力递增的反向压力梯度,部分等离子体进入阴极腔内形成热离子阴极并增强电子发射,利用大气压力对电弧进行压缩使热源边界的能量梯度增大,使电弧的能量分布在中心区域均匀且边界迅速下降,从而增强电弧的工艺特性。与GTAW电弧相比,电弧形态、电弧压力、能量输出等方面都有极大改善。建立高速摄像与电流电压同步采集系统,对中心负压电弧的流动、形态和电信号进行综合观测采集,研究局部负压下的电弧瞬时行为以及放电特性,根据试验结果得到,空心阴极中心负压电弧形态与电弧电压伴随着空心阴极腔内负压状态的变化而变化,且在相同焊接条件下,中心负压电弧电压高于常规GTAW电弧。另根据气压传感器法测量电弧力输出特性中得到,在空心阴极腔内施加负压状态后电弧力输出特性得到极大改善,随着空心负压状态增加电弧力输出越小,且远小于常规GTAW电弧。建立空心阴极中心负压电弧能量输出模型,探索局部负压对电弧能量传递的影响规律,研究腔内等离子体在低气压下与空心阴极电子发射的交互作用机制;基于局部负压与电弧的作用机制建立调节电弧能量分布的减量调控方法,实现对电弧热源径向截面不同空间区域能量密度和能量梯度的综合调控,从而改善传统焊接电弧的物理属性及其能量分布,有效规避加工误差的影响和能场叠加的复杂耦合机制,减小电弧冗余能量输出对焊缝成形和组织的影响。