含Al-Zn-Mg-Cu的7075铝合金具有机械性能好、可回收再利用率高、硬度高、重量轻、抗腐蚀性好等优点,是国内外诸多高性能指标材料应用领域中的重要原料,并广泛应用于航空航天、国防军事、轨道车辆及汽车工业等部门。目前7075超硬铝合金结构件应用中采用的传统熔焊方法,对焊接接头裂纹、气孔、软化及组织性能不均匀、不稳定等问题仍缺乏全面系统的解决方案。焊接缺陷不可控的问题已经严重制约了超硬铝合金应用水平的提升。因此,本文针对7075超硬铝合金TIG焊接工艺过程,在调整焊接工艺参数得到的焊接实验数据基础上,研究7075超硬铝合金焊接接头组织性能预测及焊接过程控制理论,建立7075超硬铝合金焊接性及焊接接头组织性能影响规律及优化控制方法。本文首先对7075超硬铝合金使用ER5356焊丝在TIG焊接工艺下获得的焊接接头进行力学性能检测和组织分析,从而确定适合超硬铝合金焊接性的工艺参数。然后通过研究7075超硬铝合金TIG焊接过程参数与组织性能之间的非线性对应关系,建立组织性能预测模型。最后基于焊接过程参数控制与最终组织性能之间关系,建立焊接过程鲁棒控制方法。本文主要研究内容有:(1)针对AA7075-T651铝合金TIG焊接过程工艺参数与组织性能对应机理的最优数据样本实验方法研究。以ER5356焊丝做为填充金属进行正交优化焊接试验,研究TIG焊接过程中焊接电流、焊接速度等工艺参数对最终焊接形成的接头组织性能的影响机理,分析拉伸断口形貌、焊接接头析出强化相特征,建立焊接过程中电流、电压、焊接速度等参数及其对应的焊接接头组织性能参数测量数据最优样本集合。(2)研究7075超硬铝合金TIG焊接工艺过程测量数据及其与组织性能测试数据之间的非线性动力学特性,建立7075超硬铝合金TIG焊接过程非线性系统并进行研究,同时以焊接工艺过程测量数据为基础建立焊接过程时间序列。研究焊接过程非线性时间序列的平稳性检验方法、非线性检验方法,相空间重构和确定性检验方法。建立7075超硬铝合金TIG焊接过程参数非线性时间序列的相空间重构和确定性检验方法。研究TIG焊接过程时间序列嵌入维数、延迟时间和最大Lyapunov指数等参数计算方法,建立描述由焊接过程的工艺参数变化决定的组织性能相空间及其演化轨迹模型,并在此基础上建立基于焊接工艺过程非线性时间序列的组织性能全局预测模型。(3)研究7075超硬铝合金TIG焊接全过程中各工艺参数及其变化对最终的焊接接头组织性能的各参数的影响量化方法,基于焊接工艺参数对组织性能在时间尺度上累加作用机理和各个焊接工艺参数之间的复杂相互作用关系,建立以各个工艺参数和组织性能参数为节点,各节点间作用关系函数为连线的动力学作用机理网络模型。研究7075超硬铝合金TIG焊接工艺参数节点变化及其作用到整个网络输出点上的约束力之间相互作用的雅可比矩阵描述模型,结合描述焊接过程系统的网络输出及网络中各节点间的约束方程建立全焊接过程系统动力学模型。(4)研究7075超硬铝合金TIG焊接过程中焊枪与焊件间构成的三维坐标系下,焊枪与焊件间的相对运动在特定焊接工艺参数要求下的运动规律和运动控制模型。研究7075超硬铝合金的TIG焊接工艺中,在满足机械、物理、化学作用因素变化范围内的控制模型鲁棒性的条件下的焊枪倾角及前进速度在焊接过程中的动态控制模型,建立焊接过程的全局运动状态鲁棒估计模型。研究基于Gauss-Newton(GN)方法的运动控制算法在实时焊接过程控制中的计算量优化方法,建立能够实现焊枪运动状态快速动态计算的改进Gauss-Newton焊枪全局运动动态实时鲁棒控制算法。(5)研究基于7075超硬铝合金TIG焊接工艺过程参数与组织性能作用系统网络及焊枪最优运动状态估计的焊接过程参数实时动态鲁棒优化控制方法。针对焊接过程中任意时刻的焊接工艺参数测量结果,以及根据测量数据得到的焊接接头组织性能预测结果,结合当前时刻的焊枪运动状态,建立未来时刻焊接过程工艺参数的鲁棒动态进化优化模型,定量计算出后续焊接过程中需要对焊接工艺参数如何进行控制,才能够得到期望的焊接接头组织性能参数,实现7075超硬铝合金TIG焊接过程的全局实时鲁棒优化控制。