压力容器、化工反应釜、船舶等领域结构件接头的力学性能、耐腐蚀性、耐磨性一直是研究者们关注的焦点，焊接设备与表面处理设备作为保障接头性能的重要装置倍受青睐。然而，工件焊接完成后因装夹、场地、设备功率等问题难以实现高质量表面改性，研究焊接和微弧氧化（Micro-arc Oxidation，MAO）设备的集成成为解决工件焊接与在位表面处理的关键。本文研制了一种钨极惰性气体保护焊（Gas Tungsten Arc Weld，GTAW）与微弧氧化集成电源，用于类似空间狭小的核岛管道焊接作业场景，旨在保障接头力学性能并对焊接后工件表面改性，提高其耐腐蚀性和耐磨性。　　为保障接头性能，提出了200kHz电流斩波调制技术和氧化铈掺杂MAO膜层的方法。分析了斩波频率对电流、电感对电流的影响，利用 200kHz 电流斩波调制技术改善了电流稳定性。同时，研究了氧化铈掺杂 MAO 膜层的作用过程，及其对时间-电压响应、膜层厚度和膜层禁带宽度的影响，应用氧化铈掺杂MAO 膜层的方法提高了膜层耐腐蚀性和耐磨性。在此基础上，分析了 GTAW与MAO的脉冲波形和负载特性，为研制集成电源提供了理论依据。　　为实现GTAW与MAO电源集成，满足正极性、变极性和MAO恒流的功能，设计了电源结构，并研制了电源的主电路和控制模块，实现了低压大电流的焊接功能和高压小电流的微弧氧化功能。通过设计主电路的Buck降压模块、全桥功率逆变模块、全桥功能逆变模块、200kHz斩波模块，提取了Buck降压模块和全桥功率逆变模块的传递函数，建立了 200kHz 斩波模块的闭环控制模型，分析了占空比和负载对频率特性的影响，验证了设计的合理性。同时，研制了基于 ARM 与 FPGA 的控制模块，为集成电源控制策略的研究提供了重要基础。　　针对集成电源的电流控制、弧压调节、功能实现等问题，对集成电源的控制策略进行了研究。分析了 200kHz 斩波模块电流逐步衰减法、电流上升沿和下降沿控制策略，并利用PID控制对该模块输出电流校正，改善了电流稳定性。之后，设计了应用于全位置焊接的弧压采样模式，实现了电流峰值阶段的弧压采样、电流基值阶段的弧压采样和连续采样模式，拓展了电源应用范围。此外，采用两阶型控制策略实现了GTAW正极性模式、GTAW变极性模式、MAO恒流模式。　　利用研制的集成电源开展了焊接试验研究。通过GTAW与MAO集成电源和常规焊接电源外特性、动特性和焊接性能对比实验，分析了其接头金相组织和抗拉强度，证明了集成电源的优越性。利用研制的集成电源开展了纯钛、铝合金的实验研究，获得了质量优异的接头。实验结果表明，集成电源满足GTAW正极性模式和GTAW变极性模式的要求。同时，为接头表面改性的MAO处理提供了数据支撑。　　开展了集成电源在MAO表面改性中的试验研究。通过集成电源在位MAO与常规电源电解槽 MAO 对比实验，分析了其对电流密度和成膜速度的影响。此外，通过纯钛、铝合金接头MAO的实验研究，分析了接头MAO膜层的差异及电流密度对接头膜层的影响。为进一步提高膜层耐腐蚀性和耐磨性，通过电泳微弧氧化复合（EPD-Enhanced MAO，EEMAO）技术制备出 CeO2-TiO2 和CeO2-Al2O3复合膜层，分析了电流密度和CeO2浓度对膜层组织和性能的影响。实验结果表明，集成电源电流密度高、成膜速度快，经 MAO 处理提高了接头耐腐蚀性，EEMAO处理提高了纯钛和铝合金MAO膜层耐腐蚀性和耐磨性，集成电源满足MAO恒流模式的要求。