在穿孔等离子弧焊接过程中,背面小孔中心与焊枪中心存在一定的偏移。背面小孔的偏移量可以反映小孔孔道的后向弯曲程度和熔池前壁的熔化状态。现有等离子弧焊接熔池与小孔的模拟研究,均没有考虑小孔孔道的后向弯曲现象。因此,深入研究小孔孔道后向偏移时所涉及的熔池与小孔瞬态演变行为和传热过程,对于优化以背面小孔中心偏移量为控制参数的控制方法,保证焊缝成形质量具有重要意义和实用价值。采用“宏观热效应法”,建立随小孔形状动态调整的组合式体积热源模型。在不同时刻,热源作用区域随小孔的尺寸变化而发生改变。考虑到小孔孔道后向偏移会对PAW焊接热过程和熔池受力情况产生影响。组合式体积热源沿板厚的中轴线向熔池后部偏移一个参量,间接反映背面小孔后向偏移对PAW热过程的影响。小孔后壁的作用中,增加一项等离子流后推力,间接表示等离子流对熔池流体的作用。利用建立的三维瞬态熔池与小孔的数学模型,分别对6mm和8mm厚度的不锈钢板进行了数值模拟。分析了等离子弧焊接过程中温度场和小孔形状的瞬时演变过程,考虑了小孔孔道后向偏移对传热过程的影响。开展了穿孔等离子弧焊接工艺实验,将工件背面小孔形状尺寸、焊缝横截面、穿孔时间及背面小孔中心偏移量等模拟结果与实验结果进行对比,两者基本吻合,对所建立的数学模型进行了验证。