日益激烈的市场竞争促使现代制造业对焊接生产效率提出了越来越高的要求。提高焊接速度是提高焊接生产效率较为高效和经济的方法。然而,铝合金材料具有熔点低、导热系数大、线膨胀系数大等特点,当焊接速度高于一定的临界值时,极易产生诸如咬边、未熔合、驼峰焊道等焊接缺陷,这些缺陷的存在会极大地损害焊接接头强度及最终产品的使用性能,是制约焊接生产效率提高的主要原因。脉冲多重控制熔化极气体保护焊(Pulse Multi-Control Gas Metal Arc Welding,PMC GMAW)作为一种新型高效焊接工艺,其优化的脉冲特性以及改良的起弧过程能够显著减少焊接热输入,尤其适合铝合金材料的焊接。本文以铝合金PMC GMAW焊接过程为研究对象,开发了基于焊接电流信号和焊接准稳态温度场温度信号的焊接监测系统,以焊接干扰类型和焊接缺陷类型多分类识别预测为研究目标,对焊接过程信号的时频域分析、特征提取方法以及多分类识别模型优化开展了深入研究。基于Lab VIEW图形化编程语言设计并开发了监测系统控制软件,该软件操作简单、界面简洁,具有监测信号波形实时显示、历史数据查询等功能,能够实现对焊接准稳态温度场温度信号和焊接电流信号进行实时采集与存储,为后续进行的数据分析提供了可靠的数据来源。对具有不同表面状态的焊缝和母材的表面光谱发射率进行标定,为后续分析红外测温系统所采集的温度数据的异常变化提供了理论基础。标定试验结果表明:使用5系铝合金焊丝进行焊接时,在焊缝和热影响区表面残留的黑灰色氧化物,对材料表面光谱发射率影响显著。提出了一种基于准稳态温度场特征温度分布曲线统计特征参数的高速焊接缺陷识别方法。通过调节焊接速度,人为制造咬边、未熔合和驼峰焊道这三种常见的铝合金高速焊接缺陷。在焊接过程中,通过本文所开发的红外测温系统对焊缝及热影响区的温度数据进行采集,获得表面成形良好焊缝与具有上述三种焊接缺陷焊缝的准稳态温度场分布。随后,分析了不同种类焊接缺陷产生时,准稳态温度场的变化特点。在此基础上,对准稳态温度场的特征温度分布曲线进行提取。研究了特征温度分布曲线与上述三种焊接缺陷的相关性,发现特征温度分布曲线的峭度K和偏度S对焊接缺陷表现出较高的敏感性,能够有效表征特征温度分布曲线的形态特点,综合考虑二者的变化情况,能够实现对正常焊缝及具有上述三种焊接缺陷的焊缝的正确识别。基于卡尔曼滤波算法(Kalman Filtering,KF),生成了准稳态温度场红外热像图,使焊缝及热影响区的温度分布情况更直观的展现出来,红外热像图所显示的缺陷位置和缺陷类型与焊缝的实际情况较为吻合。提出了一种基于焊接电流信号特征本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量频谱分布的焊接干扰类型识别方法。首先,采用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法对焊接电流信号进行分解,对焊接电流信号和分解结果进行时频域分析,在多个IMF分量中找到与熔滴过渡频率密切相关的特征IMF分量,建立了特征IMF分量的频谱分布与焊接稳定性之间的联系。随后,通过使用不恰当的焊接速度及焊接工艺条件(保护气体流量不足和母材表面氧化膜未去除),人为制造一系列不稳定的焊接过程,研究了焊接过程受到不同种类的干扰时,特征IMF分量频谱分布的变化规律。试验结果表明,焊接过程越稳定,其特征IMF分量的频谱分布越集中。选取特征IMF分量频谱的主频频率及主频能量比作为特征参数,并结合焊接电流和焊接速度对焊接干扰类型进行识别。以支持向量机(Support Vector Machine,SVM)作为分类算法,结合粒子群算法对参数进行优化,以焊接电流、焊接速度、特征温度分布曲线的偏度、峭度;特征IMF分量的主频频率、主频能量比为模型输入,以焊缝成形良好、咬边、未熔合、驼峰焊道、焊缝下榻和焊接飞溅作为模型输出构建了焊接缺陷类型多分类预测模型;以焊接过程无干扰、焊接速度过快、保护气体流量不足和母材表面氧化膜未去除作为模型输出构建焊接干扰类型多分类预测模型。分类预测结果显示,对于焊接缺陷类型的预测,模型的预测正确率达到96.85%;对于焊接干扰类型的预测,模型的预测正确率达到95.14%。