熔化极惰性气体保护焊（Metal inert gas welding,MIG）具有成本低、易操作和适应性强等优点,广泛应用在建筑工程、压力容器、船舶工程以及航空航天工程等装备制造业。提高MIG焊焊接速度成为工业生产的重要技术需求。然而,当焊接速度提高到临界速度时,焊缝出现咬边缺陷和驼峰焊道缺陷。这些缺陷严重影响焊缝质量,导致生产效率难以提高,制约工业生产的发展。课题组设计外加复合磁场励磁装置,自主研发了外加复合磁场辅助MIG焊工艺,通过对电弧、熔滴和熔池动态行为的调控,有效抑制了咬边缺陷和驼峰焊道缺陷,实现了焊接速度的大幅提高。然而,实验结果仅能对该复合磁场改善焊缝成形的机理给出定性的解释,仍需建立理论模型从传热、传质的角度定量描述外加磁场的作用过程和机理。本课题基于实验中外加复合磁场励磁装置和焊接平台的布置方式,针对定点MIG焊建立了外加复合磁场数值模型,采用有限元法计算了电弧空间与工件内部外加电磁场分布;建立了 MIG电弧-熔滴-熔池一体化三维模型,分别模拟了有无外加磁场的定点MIG焊过程,探究了熔滴过渡过程中,电弧和熔池演变规律,分析了外加磁场对MIG焊接过程温度场、流场、自感应电磁力、以及外加电磁力等多种特性的影响。在外加磁场作用下,电弧和熔滴在垂直焊缝方向上周期性左右偏转,电弧加热区域增大,熔池表面液态金属在自感应电磁力和剪切力作用下向电弧前方流动,然后沿固液界面回流到焊缝中心。在一体化模型中考虑了金属蒸气的影响,以文献中电弧等离子体物性参数为基础,采用三次多项式拟合的方式,得到0～1 00%Fe蒸气质量分数之间梯度为1%的101组数据,模拟计算了 MIG焊接过程中金属蒸气的产生和扩散。分析金属蒸气扩散至电弧中后,电弧的温度场的变化规律。电弧等离子体性质的改变引起了电弧-熔滴、电弧-熔池界面上的热流密度分布变化。金属蒸气主要对电弧起到冷却作用,并由于对电弧等离子体物性参数的改变导致电弧高温区的不稳定。开展磁控MIG焊工艺试验,搭建图像采集系统捕捉了电弧、熔滴图像,通过验证电弧形态、熔滴尺寸以及电弧和熔滴的偏转角度验证了本文模型的可靠性。