为解决铝合金激光焊接存在的焊接过程稳定性差、能量利用率低、焊接缺陷多等关键问题,本文探索了一种新的铝合金焊接工艺—“激光-电弧双面焊”。一方面,通过电弧的加热作用,提高激光匙孔的稳定性,改善焊缝成形,减少焊接气孔;另一方面,通过激光匙孔的加热作用,提高电弧稳定性,改变电弧焊接特性,在双热源耦合加热作用下,提高激光和电弧的能量利用率、改善焊接质量、降低焊接成本,实现铝合金的稳定、高效、优质连接。本文主要以4mm厚5A06铝合金为试验材料,采用CO2激光和TIG电弧进行激光-TIG双面焊试验。从激光-TIG双面焊的焊接特性角度出发,对铝合金激光-TIG双面焊的工艺特性、焊缝成形、内部缺陷等进行研究,分析了典型激光与电弧能量匹配条件下,双面焊接头的组织及力学性能,提出了控制激光-TIG双面焊接头形状的主要方法,给出了工艺优化范围。同时,针对单激光焊接存在的焊接适应性差、装配条件要求高等问题,研究了激光-TIG双面焊工艺在对接间隙、对中偏移以及不等厚板的焊接适应性,并探讨了该工艺在厚板和薄板铝合金上的应用前景。为掌握激光-TIG双面焊过程中电弧与激光等离子体的物理特征及影响规律,借助于图像采集、电信号传感及图像处理手段,研究激光匙孔加热与等离子体穿透作用下的电弧形态及电弧电压、电流特性,着重分析了激光深熔焊特殊的匙孔传热方式对激光-TIG双面焊电弧特性的影响规律及作用机制,确定了激光匙孔加热在电弧作用区产生的“局部高温度梯度区”是导致电弧收缩、弧压下降、稳定性改善的内在原因,揭示了激光-TIG双面焊接过程中电弧能量效应发生转变的物理机制。同时,分析了电弧热作用下光致等离子体特性发生转变的规律及原因,为激光-TIG双面焊过程热传输机理研究提供试验依据。基于激光匙孔形成的临界能量密度与临界温度条件,建立匙孔穿透与匙孔未穿透两种焊接模式下的激光-TIG双面焊动态热源模型,采用有限元方法计算分析了激光-TIG双面焊接过程中热传输途径与影响作用、焊接熔池与匙孔的建立过程,对激光-TIG双面焊的热传输原理进行阐述。利用建立的动态热源模型预测不同焊接速度和板厚条件下激光-TIG双面焊的焊缝成形规律、熔池熔透与匙孔穿透的临界条件。最后,从理论分析、实验及数值分析等角度对铝合金激光-TIG双面焊的熔深增加、熔化效率提高的机理进行探讨,证明影响激光-TIG双面焊热效率提高的主要因素依次为:热集聚区效应、匙孔深度增大和电弧收缩效应。研究不同焊接条件下焊缝金属熔化效率的变化规律,提出激光-TIG双面焊热源最佳的能量匹配原则和位置条件。