焊接作为一种重要的热成型工艺方法,使其越来越广泛的应用于各行各业的生产制造过程中。因此,如何提高焊接生产效率与焊接质量并能降低能量消耗已成为焊接届的研究热点。复合焊接以其特有的能量作用特点在控制焊接过程中发挥着越来越重要的作用,在其各自的领域显示出独特的优势:控制热输入、提高焊接效率、促进熔滴过渡等。电弧热丝VPPA焊接技术,相比传统的VPPA焊接方法,在钨极与旁路焊丝之间增加了一个受电源控制的变极性电弧,使得熔滴过渡稳定,熔丝效率增加,提高了焊接效率。由于此复合焊接方法中变极性MIG与VPPA电弧可以实现独立控制,令其焊接参数可控范围更宽,并实现了焊接过程中的热、质解耦。作为一项新的焊接工艺方法,电弧热丝VPPA焊接技术在研究上还处于空白状态,因此本文在传热(VPPA)、传质(MIG),焊接热输入与熔丝效率,增材制造等方面对其展开了相应的研究。首先以此焊接工艺的热、质解耦控制为基础理念,两个变极性电弧的相互匹配耦合为研究内容,设计了一套将变极性脉冲MIG与变极性等离子电弧进行耦合匹配的控制系统板,实现了两电弧波形间的稳定配合并顺利起弧,实现了优质的熔滴过渡状态;进而在传热、传质解耦的理念下,研究了两种状态下的焊接电弧分别对焊缝形貌(熔宽、熔深、余高)的影响作用,发现传热过程对焊缝熔宽、熔深的影响程度要远大于传质过程,相反,传质过程对余高的影响要远大于传热过程对焊缝余高的作用。其次从能量消耗与焊丝熔化效率方面对构成电弧热丝VPPA焊接工艺的变极性MIG、变极性等离子及此种工艺下在熔丝量相同及焊缝形态相似情况下的能量消耗进行了分析研究,发现耦合电弧的加入可以加快焊丝熔化并能改善焊缝质量,同时此种复合焊接工艺符合低耗能、成形好、综合能效比优秀的特点;在此种焊接工艺对焊丝熔化效率方面的研究发现复合电弧可以加快焊丝的熔化,提高熔丝效率且MIG电弧的熔丝作用要高于等离子电弧的作用,同时找到了最佳的能量匹配参数范围。最后以此工艺可控热、质输入特点为依据进行了增材成型单壁墙试验,采用二次通用旋转组合方法对增材成型试样进行了建模并对成型尺寸进行了预测,发现模型预测精度较高。对影响试样熔宽、层高尺寸的工艺参数进行了分析,发现等离子电流、送丝速度、焊接速度对层高起主要影响作用且等离子电流与焊接速度对层高的影响上存在交互作用;而等离子电流、变极性MIG电流、焊接速度对熔宽起主要影响作用。对模型预测精确度进行了验证,结果显示模型预测成型尺寸的精确度较高,建立的模型有效可靠。设计了增材成型熔宽尺寸稳定调控方案,得出以等差调控所得方差值最小,使增材试样的熔宽值上下大致保持一致,为最佳调控方案。