在舰船制造业中,铝合金材料使用率较高,铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点,能够作为新型的结构材料。目前铝合金焊接技术主要采用熔化极气保焊（GMAW）,具有质量高、成本低和适应性强等优点,但焊接效率较低。缆式焊丝的绞合结构,能够加快焊丝熔化速度和使电弧旋转,从而实现高效、优质和低耗的焊接。本文将缆式焊丝技术与铝合金GMAW结合,能够改善船舶制造中铝合金焊接现状,文中主要采用数值模拟的方法,研究5083铝合金缆式焊丝GMAW焊接过程中电弧物理行为,以及缆式焊丝电弧对熔池流动的影响,从而为铝合金缆式焊丝GMAW工艺提供理论基础。首先,建立三维铝合金缆式焊丝GMAW电弧数值模型,对不同焊接参数下焊接电弧物理量分布进行了研究。结果表明:当焊接电流增大（125A、175A、225A、275A）时,缆式焊丝GMAW电弧呈“束”状,电弧形态先变大然后逐渐收缩,电弧半径减小,此外电弧温度峰值由14587.13K增加到22266.48K,温度增幅越来越大,等离子流速度51.15m/s增加到244.34m/s,变化较大,工件表面压强峰值从72.72Pa到554.65Pa,阳极端电势从9.37V增加至11.81V,电势梯度变大。当保护气体流量增大时,缆式焊丝GMAW电弧中的最高温度、等离子流速度和压力场呈现增大的趋势,电弧形态略有所收缩。还建立铝合金单焊丝GMAW电弧模型,进行数值模拟计算,结果表明缆式焊丝GMAW电弧与单焊丝电弧相比,发生了明显的收缩与旋转,由“钟”状电弧变为“束”状电弧;会使电弧能量集中,在工件表面电弧有效作用半径1.7mm增加至3.8mm;此外单焊丝在电弧中心的峰值温度略高,差值为348.3K,峰值速度为CWW电弧的1.71倍,阴极处峰值压力为1.75倍,阳极处为1.61倍,阳极电势略高于缆式焊丝电弧,约0.193V。其次,对5083铝合金缆式焊丝GMAW进行数值模拟计算,采用双椭球热源模型,对熔池受到的电磁力、浮力、旋转力等作用力进行定义,计算了150A、200A、250A下铝合金缆式焊丝熔池的流场。由于电流的变化使得熔滴过渡方式变化,分别为大颗粒过渡、小颗粒过渡、射滴过渡,对熔池的冲击力逐渐增加,此外电弧旋转速度增加,熔池受到的旋转力和电磁力随电流增加而增加。上述作用力和浮力、重力等力的合力变化使得熔池内部两个环流的大小发生变化,上部逆时针环流由大到小,能够扩大熔宽,分别为7.82mm、9.03mm、10.36mm,底部顺时针环流由无到有再增大,能够使熔池加深,分别为1.94mm、2.45mm、3.20mm,填充金属加大,使余高增加,为1.95mm、1.94mm、2.06mm。此外还对单焊丝GMAW熔池进行数值模拟计算,然后与缆式焊丝熔池对比,可以发现在旋转力作用下,熔池宽度9.03mm大于单焊丝熔池8.72mm,熔池尾部长度也大于单焊丝;受到不同电磁力和熔滴冲击力的作用,单焊丝熔深3.04mm大于缆式焊丝熔深2.45mm;由于焊丝填充金属量不同,单焊丝焊缝余高2.24mm大于缆式焊丝1.94mm。最后,进行了铝合金GMAW试验。采集焊接电弧信号,能够看到缆式焊丝电弧发生旋转和收缩,随电流的增加电弧半径变小,上下直径比分别为1.21、1.16、1.09、1.07,电弧挺度增加,并且对计算结果进行了验证,发现计算结果和实际的GMAW电弧形态大体相同,证明了数值模拟结果的合理性。采集电弧光谱信息,来计算电弧实际温度,并与数值模拟得到的温度对比,两者变化趋势相同,两者误差范围为2.87%～7.51%,可以证明数值模拟的合理性。对焊缝截面进行宏观分析,发现缆式焊丝与单焊丝GMAW熔池形状与数值模拟得到的结果相近,验证了模拟结果的准确性。文中通过对5083铝合金缆式焊丝和单焊丝GMAW电弧、熔池的数值模拟可知,缆式焊丝电弧在经过耦合、旋转、收缩后,热量更加集中,能够有效的减少热影响区体积,扩大熔池宽度,焊丝熔覆率增加,更较适用高效率焊接,本文研究结果能够为铝合金缆式焊丝GMAW方法的实际应用提供一定的理论基础。