本文提出一种新的焊接热源形式“单电源单面串联双电弧”,为了了解该电弧焊接物理特性,从工作机理、电弧形态、电弧静特性、热源特性、成形规律等方面对单电源单面串联双弧进行了初步的研究。首先建立了单面串联双TIG电弧焊接实验平台,主要由焊接电源、工作台、双焊枪夹持装置、运动控制装置以及测试装置等组成。改变以往电弧焊都以焊枪和工件分别作为正负极的传统,采用两把常规TIG焊枪分别接到焊接电源正负输出端,工件不接电源。焊接时,工件作为过渡,电流沿着焊枪1到工件然后到焊枪2,这样可以在焊枪1与工件之间,焊枪2与工件之间分别建立一个电弧。这两个电弧是串联的,从而形成“单电源单面串联双TIG电弧”。利用CCD图像采集系统对串联双弧形态进行了观察分析,串联双弧可以稳定燃烧,钨极接负电弧是收缩,钨极接正电弧是发散的,两个电弧是相互排斥的。电流和弧间距对电弧形态影响较大。对串联双弧静特性进行了测量,串联双弧的总电压达到25伏左右,表明同等电流情况下,串联双弧功率是传统单弧的两倍,串联双弧对工件能产生更大的热输入。采用有限元方法对串联双弧焊接工件的热过程进行了数值模拟,研究结果表明在同等电流下,串联双弧熔深比单弧要大。最后对串联双弧工艺特性进行了初步研究,对比了串联双弧和传统单弧在焊缝成形上的特点,研究了电流和弧间距对成形的影响。在低碳钢和不锈钢工件上焊接结果表明,同等电流情况下,串联双弧要比传统单弧熔深要深。本文的研究结果表明,单面串联双弧是一种稳定的焊接新热源,能够产生较大的电弧功率,实现简单,有一定的学术研究价值和应用价值。