变极性等离子弧穿孔立焊工艺在实际生产和应用中具有广泛的发展前景。变极性等离子弧焊(VPPAW)小孔的可靠性表征一直是工程领域方面的技术性难题。通过视觉信息可以实现直观表征VPPAW小孔特征,对于提高焊接稳定性具有重要意义。本文尝试通过对VPPAW的视觉信息进行研究,直观获取小孔随焊接过程瞬间变化的特征参数。结合视觉信息分析了小孔变化与焊接成形的变化规律,优化了焊接工艺参数,具有更高的研究价值和应用价值。本文研制了一套应用于VPPAW智能化焊接多光路视觉信息采集系统,可以获得同时同幅的正面熔池与背面小孔特征图像。设计了一套合理的图像处理算法,针对正面熔池开发了基于tree part based模型和窗口线性扫描法相结合的优化筛选法则,针对背面完整小孔采用canny算子边缘提取算法,成功获取了有效的双面视觉特征信号参数。研究表明,本文的图像处理算法可准确表征视觉特征信号,能够适用于不同工艺参数下的VPPAW,具有工艺鲁棒性和可控性等特点。结合视觉信息分析焊接工艺,以小孔视觉信息的稳定性分析VPPAW焊接成形质量。研究表明,焊接电流、焊接速度、等离子气流量是小孔稳定性的主要影响因素,小孔行为的工艺裕度窄,其中焊接速度和等离子气流量对于小孔稳定性敏感度高。进一步对焊接过程的小孔行为进行研究,分析双面视觉信号关系可获得小孔的穿孔时间,建立依靠穿孔时间反馈焊接质量和焊缝成形的判断依据。保证焊接速度与等离子气流量的稳定不变,确定焊接系统电流初始参数,在此基础上对焊接电流进行小范围动态调节可以保证背面小孔的稳定性,从而优化焊接工艺并提高焊接质量。