5083铝合金在液化天然气运输船制造中广泛运用,采用的焊接方法为脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed Gas Metal Arc Welding,P-GMAW),有相当数量焊接位置为横焊,焊接难度高。铝合金由于表面张力小、粘度低,横向焊接时,在重力作用下极易出现熔池下淌问题,从而产生焊瘤和未熔合等焊接缺陷。研究表明,可以通过外加纵向磁场作用在熔池上,产生与重力方向相反的洛伦兹力,从而抵消重力作用。由于电弧、熔滴及熔池中有电流流过,因此纵向磁场的引入势必会对电弧运动、熔滴过渡及熔池流动产生影响。本文构建了一套外加纵向磁场的GMAW焊接平台,包括自动焊接系统、磁发生装置、高速摄影系统以及电信号采集系统。针对5083铝合金PGMAW过程,研究了外加纵向磁场对电弧形态、熔滴过渡、熔池流动和焊缝成形的影响,分析其作用机理。本文的研究成果对进一步认识外加纵向磁场对5083铝合金P-GMAW过程的影响及作用机理具有重要的指导意义。结果表明,外加纵向磁场后,电弧下部扩张,并以焊丝为轴旋转。随着磁感应强度的增大,电弧弧长呈先减小后增大的趋势。当磁场方向改变时,电弧形态变化不大,但电弧旋转方向改变。当焊接电流较小时,外加磁场后电弧弧长变短程度更大。分析认为,外加纵向磁场后,电弧中运动的带电粒子受到与运动方向垂直的洛伦兹力作用,带电粒子从焊丝到熔池的运动轨迹由原先的直线变成螺线状,宏观上则表现为电弧发生了旋转。通过分析高速摄影拍摄的熔滴过渡照片,发现ER5183焊丝P-GMAW熔滴的形状不是规则的球形,熔滴表面凹凸不平,这主要是由于焊丝中镁元素的蒸发。当选用小直径的焊丝或降低焊接电流,熔滴形状变得相对规则。外加磁场后,熔滴形状变扁且下落速度变快。为了更好地研究磁场对熔滴的影响,选用铝硅合金焊丝ER4043进行实验。ER4043焊丝P-GMAW焊时,熔滴是规则的球形。磁场的引入使得熔滴旋转变扁,变扁的程度随磁感应强度增大而增大。分析认为,磁场作用于熔滴中流过的电流产生切向的洛伦兹力,使熔滴旋转变扁。在磁场作用下,熔滴变扁、下落速度变快从而增大了熔滴对熔池的冲击力,但是并不能导致焊缝发生偏移。焊缝成形方面,首先研究了外加纵向磁场对平焊焊缝成形的影响。平焊时,焊缝偏移方向与重力方向垂直,可以排除重力作用,研究外加纵向磁场对焊缝偏移的影响。通过对其作用机理的分析并根据平焊下得到的结果可用于指导横焊时磁场的方向。结果表明,外加纵向磁场后,熔池中的金属熔体往一侧流动地更多,焊缝出现了与焊接方向垂直的偏移。磁场方向或者焊接方向改变后,焊缝偏移方向随之改变。随着磁感应强度的增大,焊缝偏移程度逐渐增大,直至焊缝成形被破坏,表面凹凸不平。外加磁场作用下,焊缝偏移量随着焊接速度的减小而增大。将外加磁场用于横焊,能抑制熔池的下淌。分析认为,外加磁场使熔池受到不对称的搅拌,平焊时使焊缝偏移,横焊时能抵消熔池重力的作用,抑制熔池下淌。