焊接是航天结构制造中关键工艺之一,其工艺的可靠性直接关系到航天结构产品的质量、性能、生产效率和成本,关系到我国国防工业的水平以及在国际市场的竞争力。随着航天技术进步以及国防科技现代化的发展,航天大型结构在长寿命、高安全和高可靠性能方面对2014高强铝合金焊接技术提出了更高的要求。因此,本文将从熔焊工艺的角度,力图认识不同交流TIG电弧的特征及其与焊接接头性能之间的联系,同时,根据实际焊接结构的工况条件,对焊接接头与结构的应力状态进行在线监测和仿真预测,为优化该类铝合金结构的焊接工艺、提高接头的性能、控制并减少在大型结构件焊接过程中以及焊后的应力水平提供工程化的实施依据。　　 为了合理有效地利用交流TIG电弧能量变化特征,以及控制、分析和预测电弧对工件产生的温度场、应力场和工程结构件上的残余应力变化特征。本文主要对作用到航天高强铝合金的两种交流TIG熔焊的电弧热源特点、工艺参数与特征相关性、试件级别平板对接仿真以及大型法兰结构测试与仿真应用进行了深入的分析和探讨。　　 焊接电弧热源的物理属性是焊接工艺选择与优化的基础。通过对比分析两种不同交流TIG焊接电弧的特点,建立了电源能量输出方式、电弧热量传递特点、电弧能量输入与功率、熔池形态与电弧力表现等焊接过程电、热与力各特性及其相互之间的联系。并为不同焊接电流波形的选择和适用性论证提供了思路,对比和优化了焊接工艺,得到了不同交流TIG电弧热源与工艺特点之间关系的认识。　　 研究得到不同交流TIG熔焊工艺与焊接接头组织、性能以及应力状态的相关性,并定量分析和预测了各焊接工况对焊后应力的影响。通过对不同交流TIG熔焊工艺作用下的2014高强铝合金焊接接头性能探讨与分析,表明焊接工艺对接头性能的差异是源于焊接电弧所具有的特点,且焊接接头性能取决于焊缝及热影响区的冶金损伤程度、微观组织的均匀程度、力学性能、抗应力腐蚀性能以及焊接等的综合评估,亦是分析焊接结构长期服役中性能演化的重要基础。应用热弹塑性有限元方法对典型封闭环焊缝在特殊交流TIG焊接工艺作用下,定量认识了不同焊接参数(如焊接结构尺寸、焊接顺序、间断时间等)对焊后残余应力影响的作用和大小。仿真结果有助于对不同焊接工艺、不同焊接参数作用下的热、力场认识由经验向科学规律的提高。　　 将焊接热应力计算仿真应用到航天大型铝合金焊接结构中,对关键结构件的焊接残余应力进行仿真和预测。通过对航天高强铝合金箱底法兰结构进行有限元焊接过程仿真,获得了铝合金法兰曲面结构焊接过程中温度与应力分布及其随时间变化的规律,指出了焊后凹、凸面残余应力的分布特点,并对法兰焊接过程中热裂纹和焊后裂纹的易发位置进行了预测,从而提出了与焊接结构几何特征相联系的应力状态及其性能分析的思路与实施方法。这一结果具有工程意义和实用价值。