熔化极气体保护电弧焊(GMAW)因其具有成本低、操作简单、易于实现自动化和机械化等优点,在各类焊接方法的应用中居于主导地位。随着经济的飞速发展以及市场竞争的日益激烈,现代装备制造业对焊接的生产效率提出了越来越高的要求。通过提高GMAW焊接速度,实现高速GMAW焊接无疑是最直接的提高焊接生产率、降低成本的重要途径。然而,当焊接速度超过一定的临界值时,焊缝成形将会变差,甚至出现驼峰焊道等焊缝成形缺陷,这严重制约了焊接速度的提高,阻碍了生产效率的进一步提高。因此,如何采用低成本、高适应性、易调控的技术措施来抑制驼峰焊道,实现高速GMAW焊接,具有重要的理论意义和工程实用价值。提出了磁控高速GMAW焊接的新方法,通过向高速GMAW焊接熔池中施加横向稳恒磁场,利用外加横向磁场与熔池内焊接电流相互作用产生附加电磁力,调控熔池流体流态,进而抑制驼峰焊道缺陷的产生,实现高速GMAW焊接。搭建了外加横向磁场的高速GMAW焊接实验平台,开展了焊接工艺实验,找出了不同焊接工艺条件下为抑制驼峰焊道所需要的励磁电流(磁感应强度),确定了高速GMAW焊接工艺参数与外加磁场参数之间的匹配关系。根据外加磁场发生装置的布置方式,计算了工件中磁场和电流密度的分布情况,对附加电磁力在熔池中的分布进行了数值分析。改进了外加磁场作用下焊丝端头导电液流束的偏转模型,计算了在附加电磁力作用下液流束的偏转距离。研制了熔池表面液态金属流、电弧形态及熔滴过渡的视觉检测系统。示踪粒子技术与视觉检测方法相结合,拍摄了不同焊接工艺条件和不同励磁电流时熔池表面流动状态的序列图像。通过图像处理、标定和追踪示踪粒子的运动轨迹,间接获得了熔池表面的流动信息。提取了熔池后向液体流动量的表征参量,测定了不同工艺条件下熔池后向液体流的长度及流速。检测结果表明,在本实验条件下,示踪粒子最大速度以及后向液体流的长度存在临界值。当示踪粒子的最大速度或后向液体流的长度超过临界值时,就会出现驼峰焊道。研究结果表明,熔池内动量很高的后向液体流和后向液体流通道的收缩以及提前凝固是导致驼峰焊道形成的主要原因。外加横向磁场在熔池中产生指向焊接方向的附加电磁力,可有效抑制后向液体流的速度和长度,并促进液态金属的横向填充,避免薄而窄的后向液体流通道的收缩以及凝固。同时,弧柱区的附加电磁力也使得电弧和液流束向前偏转,有助于增加熔池前方液态金属层的厚度,也在一定程度上减小后向液体流的动量。因此,施加横向磁场后,熔池内后向液体流的长度和最大速度均降到临界值以下,驼峰焊道被抑制。基于上述研究结果,优化了高速GMAW焊接工艺,将外加横向磁场与合适的焊枪后倾角度相结合,既抑制了驼峰焊道,又避免了飞溅,焊接速度达到2.01 m/min,实现了厚度3 mm低碳钢板的高速GMAW焊接。