本文针对常规熔化极气体保护焊(GMAW)熔滴过渡频率低、过程稳定性差等问题,将超声辐射力引入 GMAW熔滴过渡过程,提出了超声辅助熔化极气体保护焊(U-GMAW)方法。根据超声和焊接的工作特点精确设计复合焊炬的形式和尺寸,构建了复合焊接平台,以此为基础研究了超声参数对电弧行为的影响规律,分析了声场在复杂电弧焊环境下的分布特征,获得了谐振状态声场参数,进而揭示不同熔滴过渡模式的变化特征,实现了稳定连续的熔滴过渡过程。采用数值计算和理论分析方法研究了超声-GMAW复合焊接过程声辐射力分布特征和熔滴受力变化特点,揭示了声辐射力对熔滴过渡的作用机理,为进一步实现可控的熔滴过渡研究提供了试验依据和理论基础。　　首先根据系统工作原理提出了平台总体设计原则,确定了以超声振动系统为基体的复合焊炬设计方案。采用数值计算和有限元优化对超声振动系统的尺寸进行了精确设计,获得了谐振频率和阻抗特性满足要求的超声振动系统。基于超声振动系统完成了复合焊炬设计,实现了送丝机构、电连接、保护气、冷却水等必要的焊枪元素,完成复合焊接系统构建。利用水滴滴落过程模拟熔滴过渡进行验证性试验,探索声辐射力分布及其对液滴作用规律,观察到液滴变形并加速过渡的现象,同时证实了超声性能满足试验要求。　　采用高速摄像装置和电信号分析系统观察电弧行为,发现了超声-GMAW焊接过程中电弧收缩现象。以电弧形态参数变化为依据考察了不同超声参数的影响规律,电弧收缩程度随超声振幅提高和辐射端面积增大而单调递增,但是随辐射端高度增加发生波动变化,证实了超声在焊接环境下形成一定模式的声场。以送丝速度和焊接电压为主要参数研究了超声-GMAW复合焊接的电弧特点,获得了超声-GMAW复合焊接过程中电弧收缩规律,对电弧导电特点的分析显示弧柱电场强度大幅提高。　　从整体的熔滴过渡规范区间分布和具体的熔滴过渡类型特点角度出发,揭示了超声-GMAW复合焊接熔滴过渡特征的变化。从整体来看,短路过渡模式的电压规范区间扩大,不稳定自由过渡区间减小。在短路过渡模式下,超声-GMAW复合焊接的短路过渡频率显著提高,在更大电压范围内保持频率较高的短路过程。在滴状过渡模式下,超声-GMAW复合焊接的熔滴发生了显著的变形,在焊丝轴线方向拉长,脱落时呈椭球状。熔滴尺寸减小,过渡频率提高,获得了类似射滴过渡的稳定过程。　　为了更深入理解超声的作用机理,采用有限元软件 Comsol对复合焊接过程中的声场状态进行了研究。在发射端-反射端形式的声场中,各参量以反射端为起点具有固定的空间分布模式,其中声辐射力为静态场,周期为声波长的一半。声压和振速为时谐场,1s内状态变化20000次,变化幅值由该点所处空间高度决定,空间分布周期等于声波长。在GMAW焊接环境下,声场分布模式并未发生显著变化,但是分布周期略有增大而各参量幅值略有降低。同时,采用静力平衡理论分析熔滴受力状态变化,结果显示超声-GMAW过程中熔滴受到附加力作用,其作用效果、分布特点、量级和变化趋势都与声辐射力一致。因此认为声辐射力是滴状过渡熔滴尺寸减小的主要原因。　　利用高速摄像观察到超声-GMAW复合焊接中电弧抖动和分层的现象,结合声场理论分析结果,认为声场内部质点的剧烈碰撞和状态交换导致电弧的导热和导电性质变化,引起电弧收缩。对超声-GMAW复合焊接的工艺特点进行研究,其等熔化速度曲线向电流减小方向偏移,焊丝比熔化量提高。电弧自身调节作用灵敏度更高,焊接过程的稳定性显著改善,获得了均匀一致、铺展良好的焊缝成形。