激光+GMAW复合焊是综合了激光焊和电弧焊的双重优点,具有高焊速、大熔深、高稳定性、低变形和低缺陷率等特点,且易实现自动化焊接,是实现大型复杂结构件优质、高效焊接的理想选择之一。复合焊过程中,激光与电弧存在强烈的交互作用,该协同效应对高速复合焊稳定性、熔池热力学行为等具有关键影响。但目前对于电弧与激光耦合机理的研究主要集中于平板堆焊等简单接头,且多为借助于高速摄像和光谱分析的定性或半定量实验研究,涉及复杂接头的研究极少。因此,本文采用数值模拟和实验检测相结合的方法,对角接头激光+GMAW复合热源焊电弧的特性进行研究,并与单GMAW焊电弧行为进行对比分析,对于深入理解复杂接头复合焊热源物理特性、优化焊接工艺提供理论支持和数据基础,具有重要的学术意义及工程实用价值。本文在不同条件下进行角接头GMAW焊和激光+GMAW复合热源焊工艺试验,利用高速摄像技术对电弧动态行为进行实时检测。综合考虑复合焊工艺特点、接头几何特征,依据传热学、流体动力学、电磁学等机理,建立了角接头GMAW焊和激光+GMAW复合热源焊电弧的三维非对称数值分析模型。基于FLUENT软件,对不同条件下GMAW焊和复合焊电弧动态行为进行模拟计算,并将计算结果与实验结果进行比较,验证模型的准确性和适用性。对GMAW焊,在不同电源极性、不同焊接电流、不同接头角度的情况下对焊接电弧的温度、速度、压力、电势分布进行了研究。结果表明,当直流反接时,在焊丝端部能够产生更大的电流密度,因此在焊丝端部的温度、速度、压力都能够达到最大值,导致在工件表面上产生更大的电弧压力,但是在直流正接时工件表面上的电流密度突变值更大,使得电势梯度更大。当焊接电流增大时,电弧中心偏离焊丝轴线的角度减小,焊丝端部的温度峰值、速度峰值、压强峰值、电势峰值也随之增大。同时工件表面的的电弧压力和电流密度都呈高斯分布,且峰值随焊接电流的增大而增大。当工件接头角度增大时,电弧受接头侧壁的影响减弱,电弧偏离焊丝轴线的角度也逐渐减小,焊丝端部的温度峰值、速度峰值、压强峰值、电势梯度都随之缓慢增大;但是在工件表面的电弧压力随之减小。而对于复合焊,与GMAW焊电弧相比,由于金属蒸汽的加入,电弧弧根被剧烈压缩,电弧温度峰值由20482K降至19828K,速度峰值由330m/s降至277m/s,压强峰值则由1133Pa降至760Pa;在金属蒸汽区域的温度、压强、电流密度都高于单GMAW。当激光功率的增大时,焊丝端部的温度、速度、压强峰值都相差不大,电弧等离子体与金属蒸汽相遇的高度随之增加。工件表面的温度、压强、电流密度分布都呈双峰分布,且金属蒸汽区域的突变值随着激光功率的增大而增大,导致电势梯度增大。当光丝间距增大时,电弧分布半径逐渐增大,焊丝端部的温度峰值和压强峰值缓慢上升,但速度峰值却在缓慢下降。在工件表面的温度、压强和电流密度有效分布半径也随之增大。最后利用高速摄像对复合焊电弧形态进行拍摄,对数值计算结果进行验证,发现电弧形态与实验吻合较好,但是发现金属蒸汽和电弧等离子的耦合效应并不理想,需要进一步优化金属蒸汽模型。