变极性等离子弧焊（Variable polarity plasma arc welding,VPPAW）因其变形小、单面焊双面成形、焊缝质量高等特点,成为铝合金焊接结构件中最理想的焊接方法。在铝合金变极性等离子弧穿孔焊接过程中,随着焊接结构件厚度的增加,小孔熔池的稳定状态难以建立。为此深入研究厚板2A14高强铝合金变极性等离子弧穿孔熔池稳定的机理,对提升厚板2A14高强铝合金的焊接质量,为其拓展在工程领域的广泛使用,提供一定的理论参考。本文在变极性等离子弧穿孔焊接过程中,针对小孔的动态行为,自行设计基于OTSU算法对图像进行二值化分割阈值,使用edge算法对小孔图像进行边缘提取并对其进行最小二乘法拟合计算,可准确提取计算小孔的特征参数,适应不同焊接工艺参数下的变极性等离子弧穿孔焊接。在此基础上,采用单因素法研究了不同焊接电流和等离子气流量下,小孔背面特征尺寸的演变规律。结果表明:在一定的焊接工艺参数条件下,随着焊接电流或等离子气流量的增加,小孔的特征尺寸在逐渐增大。当小孔面积的变化较大时,小孔熔池失稳,焊缝成形差;当小孔面积的变化较小时,小孔熔池稳定存在,焊缝成形良好。由此得到较优焊接工艺参数为:正极性焊接电流为320A,反极性焊接电流为360A（平均焊接电流为326A）离子气流量为3.4L/min,焊接速度为120mm/min。通过测量焊接过程中试板的温度分布,研究了焊接工艺参数对不同厚度试板熔池稳定的影响。当板厚为12mm时,随着焊接电流的增加,垂直于焊缝方向的温度梯度逐渐增大,在厚度方向的温度梯度逐渐减小;当增加等离子气流量时,等离子气流量对温度梯度的影响较小,对穿孔速率影响较大。通过对8mm与12mm厚试板维持小孔熔池稳定时的温度分布相比,在垂直于焊缝方向维持小孔熔池稳定时的温度梯度范围较大,在厚度方向存在的温度差很小。由此可知,12mm厚板相较于薄板焊接难度大的原因是,厚板焊接过程中存在厚度方向上的温度梯度。从受力角度对小孔熔池稳定机理进行分析。结果表明,温度梯度变化导致表面张力发生改变,引起的附加压力与电弧径向力相等时,小孔上部的扩张速率等于小孔下部的收缩速率,小孔保持稳定存在。而在厚板焊接过程中,在厚度方向存在温度梯度,产生表面张力不同,熔池受力不平衡,小孔易失稳,导致厚板焊接难度增大。最后,对12mm厚2A14高强铝合金焊接接头进行力学性能、金相组织分析。结果表明,在较优参数下,接头抗拉强度达297MPa,焊接接头系数为61%,断后伸长率为3.8%,焊缝中心位置处硬度值为90HV。