随着技术水平的提高以及轻量化的需求,金属薄板在汽车、航空航天、集装箱等各个领域中都得到越来越广泛的应用。但由于薄板自身刚度小、抗变形能力差等限制,导致薄板在焊接过程中容易产生变形,甚至是薄板烧穿、熔池下塌等特点。变极性GMAW焊可以通过调整焊接电流大小、正负半波时间来控制焊接工件的热输入量,解决传统熔化极气体保护焊热输入量大、薄板变形严重的问题。因此,搭建一个稳定、可靠的变极性GMAW焊接系统是十分必要的。本文首先介绍了薄板焊接存在的问题、低热输入焊接技术发展现状等选题背景和意义,然后构建了变极性GMAW焊接系统,设计了焊接波形控制方案,建立了焊接系统动态仿真模型。仿真系统包括变极性电源等效模型、电弧负载模型以及相应的控制系统模型,并完整地模拟了整个焊接过程,进行了焊接系统的硬件和软件设计。硬件设计主要包括主电路的一次逆变拓扑、二次逆变拓扑结构的设计及其运行原理的分析、相应的外围控制电路。软件设计包括了焊接系统的控制策略以及具体的焊接控制流程,利用状态空间平均法建立传递函数,描述了PI控制器的设计流程及结果。在以上分析设计的基础上,搭建了变极性GMAW焊接系统的实验平台,进行了样机性能测试,在3mm厚的低碳钢板上进行堆焊实验,研究各个焊接工艺参数对焊缝质量的影响。并用1mm的薄板验证变极性方案的可行性。实验结果表明,该焊接系统焊接过程稳定,波形控制精确,工件无明显变形,可以实现薄板焊接。