随着Al、Mg合金等轻质、高比强度材料的研发,为了实现轨道交通系统的轻量、高速化,目前世界各国已相继停止了碳钢车体的制造,转向了轻量化的铝合金车体制造。而今高速列车的焊接生产制造在国内外主要采用的是纯Ar气体保护的MIG焊方法,但此种方法存在焊接接头静强度及疲劳性能不足的缺点,车体的服役安全性能未能得到充分保证。本文提出采用多元保护气改善电弧特性、提高接头性能的解决方案,通过一系列的理论与试验研究工作证实了方案的可靠性,为高速列车制造质量的提高提供了科学依据。为研究多元保护气体对焊接接头性能的影响,本文采用纯氩气、Ar+He二元气和Ar+He+N2三元气作为保护气体对12mm厚的A7N01S铝合金进行脉冲MIG焊焊接,对此进行了一系列的理论及试验分析。研究了多元气体对电弧特性及焊接温度场的影响规律。通过焊接试验研究了不同保护气体对电弧能量、分布以及集中程度的影响,并通过理论推导,得出了电弧热流密度及热源集中系数关系式,证实了多元气体对焊接电弧的压缩作用更强,热源集中程度更大,能量更集中。通过对接焊接温度场分析,发现在距离坡口相同位置处纯氩气焊接时的温度高于二元气焊接时的温度,高于三元气焊接时的温度,从而推知三元气保护焊接时的热影响区域最小,纯氩气保护焊接时的热影响区域最大。考察了不同保护气体焊接接头的微观组织与电弧热源差异的关系。研究发现,不同保护气体焊接时焊缝晶粒均为等轴晶,但由于多元气对电弧等离子体的压缩作用更大,导致电弧等离子体对熔池的冲击作用变大以及熔池的流动行为增强,有利于焊缝区的晶粒细化,使纯氩气焊接后焊缝区域的晶粒尺寸整体较大,三元气焊接后焊缝区域的晶粒尺寸整体较小,也有利于使多元气焊接接头焊缝区域的白色物相的偏析程度减轻。通过研究还推断保护气体中的氮元素不会参与焊接熔池中的化学冶金反应。考察了不同保护气焊接接头的性能与组织形态的内在关系。研究发现,多元气体焊接后接头的力学性能较纯氩气保护焊接后接头性能有显著提升,其中三元气、二元气焊接后接头的抗拉强度较纯氩气焊接后接头抗拉强度提升幅度分别为11.6%和9.1%,疲劳极限提升幅度分别为15%和11%。而且三元保护气焊接后接头焊缝中心硬度值最大,纯氩气保护焊接后焊缝中心硬度值最小。