铝合金薄壁助推壳结构广泛应用于大型运载火箭的助推器系统。针对首都航天机械公司提出的关于大型火箭助推壳体的纵缝焊接要求,本文完成助推壳段自动化纵缝焊接系统的设计及其应用,通过减少由于焊接质量引发的故障问题,有效提高生产效率。本文对变极性TIG平焊、变极性等离子弧深熔立焊、变极性等离子弧穿孔立焊等三种焊接方式进行焊接工艺分析,确定焊接系统所需的功能,并以焊接试件的形状、尺寸为依据制定设备的设计方案和性能指标。根据确定的设计方案,基于柔性制造的理念,对于系统的机械结构进行模块化设计,运用三维绘图软件Solid Works对机械结构进行了虚拟装配。与此同时完成对等离子焊接机头的优化设计,并将其成功运用到成型系统的焊接行走机构中,从而完成了整套焊接工装夹具的结构设计。运用可靠性分析的理论对助推壳段纵缝焊接成型系统整体机构进行机械可靠性分析。基于ABAQUS仿真软件对机构翻转运动中的主要承重部件进行有限元分析,完成结构的应力分析;通过数学建模、静态载荷分析计算以及基于Adams的动态运动学仿真,确定整体机械的结构尺寸以及翻转动力元件伺服电动缸的结构选型,完成机械结构的强度计算。焊接操作系统的搭建,包括焊接工装的控制系统、焊接机头的运动控制以及焊接控制程序的编写,模块化的控制程序增加了设备运行的稳定性。在此基础上设计人性化的人机界面,用于设置工艺参数和监测运行状态。为了进一步改善焊接环境、提高焊接质量,在焊接机头的控制系统中设计融入了激光弧高控制,可以实现电弧高度的自动调节。同时引入了基于Ether CAT的焊接过程采集系统以及专用的焊接视频监控系统,从而大大的提高焊接质量和效率。最后通过焊接调试实验以及优异的成型焊缝,确定成型系统的应用可靠性,完成助推壳段纵缝焊接成型系统的验收任务。本课题从工程的实际需要出发,结合科学的理论分析,设计制造出具有实际应用价值的航天焊接专用焊接系统。