近年来,复合焊接技术一直是焊接领域的一个研究热点。和普通单弧焊相比,复合焊接技术能够有效提升焊接质量和效率。为了充分利用等离子弧焊和TIG焊接方法的优势,本文将自行设计制作的小型等离子焊枪与TIG焊枪并列固定成一把焊枪,实现等离子-TIG复合焊接。为了深入了解该焊接方法的特点,本文对其电弧物理特性以及焊接工艺性能方面进行了系统的探索性研究。利用CCD获取并通过伪色彩增强技术处理电弧形态图像,采用“小孔法”来测量电弧压力。结果表明,等离子弧和TIG电弧会在洛伦兹力的作用下形成一个耦合电弧。等离子弧电流对耦合电弧压力的影响最为明显,它的大小决定了等离子弧在复合前后电弧压力峰值的变化。耦合电弧压力的二维分布整体呈“葫芦”状。电弧静特性方面,相比于单弧电压,耦合状态下等离子弧的电压值会整体降低,而TIG电弧的电压值会先降低后增加。分析了低碳钢复合焊焊缝的成形特点,研究了送丝方式以及各因素对焊缝成形的影响,通过熔池形态观察以及受力分析来解释成形变化机理。结果表明,TIG电弧会在电弧压力和热输入方面辅助等离子弧,这使得复合焊焊缝的表面成形及熔深明显优于单弧焊缝。熔池流动形态表明,在等离子弧压力、TIG电弧压力以及重力的共同作用下,熔池会处于动态振荡状态。侧送丝方式的参数区间过于狭窄,前、后送丝方式均可以获得良好的焊缝成形,而后送丝方式的熔深会稍大一些。钨极间距或等离子电流过大时,液态金属左边缘处的等离子弧压力大于TIG电弧压力与局部液态金属的重力之和,焊缝内部会出现大量气孔。对比分析了P-T复合焊与P+T焊接方法在5 mm低碳钢对接试验中的特点以及焊缝组织性能差异。结果表明,复合焊焊缝的正、背面成形都非常美观,其截面形貌中的熔化区是一个整体,而P+T焊缝的熔化区由两部分组成,具有双道焊的特征。以获得良好正、背面成形为前提,P+T焊接方法的能量消耗是复合焊的1.5倍。与P+T焊接方法相比,由于熔池存在振荡过程,复合焊焊缝的熔合区联生结晶受到抑制,焊缝下部分熔化区的针状铁素体明显增多。焊缝区抗拉强度结果显示,复合焊焊缝的平均抗拉强度和力学性能均匀性均优于P+T焊接方法。另外,复合焊焊缝上部分区域的硬度值要小于P+T的,而下部分的硬度值则明显大于P+T的。