高强铝合金因其优异的性能在航空航天、军事设施、交通运输等领域具有广泛的应用需求和前景,MIG焊工艺不仅适用于铝合金的连接成形,在复杂三维精密结构件的增材制造方面具有突出的优势和潜力。电弧增材制造的发展受到热输入和成形精度的共同制约,因此亟需提供一种不增加热输入即可调控成形良好的方法。熔滴过渡的过程涉及到物质输入和热输入的共同作用,通过外加纵向磁场的方式有效作用于熔滴过渡,进而实现对电弧、熔滴、成形各阶段的控制。本文将通过数值模拟对电弧和熔滴过渡行为进行研究,采用高速摄像机拍摄电弧和熔滴进行试验验证,并对磁场作用于熔滴过渡的影响进行量化,阐述机理。电弧实质为热等离子体,根据流体力学和电磁学,建立了二维轴对称模型,结果表明:外加纵向磁场对电弧的温度场、压力场、流场、电场均产生了影响,随着励磁电流的增大,可见电弧顶部向内收缩,同时底部向外扩张,并发生旋转;磁感应强度为0.01T时,电弧中心电流密度增大3×10~7A/m~2,电弧温度为18116K,相较无磁场时升高620K,阳极电弧压力减小甚至出现负压;外加纵向磁场对电弧的作用机理是因为电弧中的带电粒子在磁场中的电磁力发生改变。考虑熔滴受力建立熔滴过渡模型,结果表明,在一定磁感应强度范围内,磁感应强度越大,熔滴直径越小,过渡频率越大,磁感应强度为0.005T时,熔滴直径减小了16%,熔滴过渡频率增大了30%,试验结果与之相吻合。试验结果表明:外加纵向磁场可以对熔滴过渡方式进行调控,将短路改变为滴状过渡,可以将大滴过渡改变为小滴过渡;熔滴在磁场中作螺旋线运动,焊接电流120A、励磁电流0.8A时,熔滴在轴向上平均速度0.47m/s,而在径向方向上是0.20m/s,最高的轴向和径向加速度约为200m/s~2,其余大部分时候都只有100m/s~2,导致这一结果的主要原因是电弧的等离子流力和电磁力,纵向磁场的加入改变了电弧中这两个力的分布;磁场可以有效控制焊缝成形,焊接电流不变,励磁电流0.4A时,增大层宽0.31mm,减小层高0.14mm,改善了焊缝形貌,是最佳控形参数。