在自动化焊接制造中，除了要控制焊缝的外观成形外，更重要的是对焊缝内部优质质量的要求。由于焊接材料冶金、热传导过程存在着非线性与不确定性等多因素影响，使得焊接缺陷产生的机理、缺陷产生过程及其特征极为复杂，以至难以实现焊接缺陷的在线预测。传统的事后焊接缺陷检测方法耗时费力，已难以满足现代制造业对焊接制造高质量、高效率和低成本的要求。为了解决上述矛盾，迫切需要对焊接动态过程及其缺陷特征进行研究，探索与发现一条在线预测焊接质量的新途径和方法。电弧光谱信息作为一种新型的焊接过程信息，直接源自于焊接电弧，包含着电弧的温度、压力、粒子密度及运动速度等多方面的信息，具有信息量丰富、无介入性、抗干扰能力强等优点，特别是包含有金属蒸汽、氮、氢等电弧气体成分的信息，与焊缝内部缺陷的产生有本质的联系，具有其它类型信息无法比拟的优点。基于上述原因，本文引入焊接电弧的光谱信息，研究其所包含的焊接动态过程及质量信息，着力推动焊接质量检测手段和控制技术的发展。　　本文以5A06(LF6)铝合金的脉冲GTAW焊接过程中的质量控制为研究背景，从焊接电弧这个缺陷产生和形成的“瓶颈源头”出发，采用现代光谱传感与分析技术对焊接动态过程和缺陷特征进行研究。首先搭建了一套GTAW焊接过程多信息获取平台系统及电弧光谱信息获取系统，可以实现对焊接参数的自动控制和调节，实现对焊接电弧光谱信息和视觉信息的自动采集和存储。为了研究熔池、电弧及其光谱信息之间的相互关系，揭示电弧光谱信息与焊接动态过程之间的内在联系，提出了一种基于谱线展宽理论的电弧等离子参数L-M-K算法，利用熔池附近的电弧光谱信息，对5A06铝合金的脉冲GTAW焊接电弧进行等离子诊断，证明了焊接电弧的局部热力学特性，并对弧长动态变化时电弧的等离子特性和热传输特性进行了研究。　　针对电弧光谱信息存在大量信息冗余的特点，采用主成分分析及其系数空间阈值分割的光谱信息处理方法，实现了对电弧光谱信息的冗余去除和特征信息提取，得到了两个具有清晰物理意义的第一主成分和第二主成分特征信号，对应着电弧光谱中的Ar I谱线信息和熔池金属谱线信息，分别反映了焊接过程中电弧和熔池的动态变化情况。对于电弧光谱中存在的背景连续谱和焊接电流引起的脉冲干扰成分，本文分别采用“邻域内局部线性近似”方法和“脉冲信号周期内平均”(MSP)的方法进行有效去除，并最大限度保留了有用的焊接过程信息。　　通过对焊缝不同熔透状态时的电弧光谱特征的分析，发现焊缝熔透状态变化会引起熔池表面余高及效弧长的改变，而有效弧长的变化可通过电弧光谱中的Ar I谱线信息进行反映，且二次曲线能比一次直线更好描述二者之间的关系；根据上述关系，本文以三种不同焊接工艺条件下得到的电弧光谱信息及焊缝背面熔宽信息为样本数据，结合人工经验，建立了焊缝熔透状态的模糊预测模型，实验结果表明此模型预测的背面熔宽与真实背面熔宽符合较好，均方根误差为0.41mm，对焊缝未熔透缺陷的识别率不低于82.1％.　　在脉冲交流GTAW焊接铝合金薄板时，针对焊缝内部气孔缺陷的在线预测难题，本文提出了使用经过“邻域内局部线性近似”方法处理后的H I656.28nm和Ar I641.63nm谱线强度比值IH/IAr的峰值分量进行电弧氢含量监测及焊缝气孔预测的方法，实验证明，该方法可以有效消除钨电极产生的背景连续谱及焊接中非氢因素变化对氢谱线信息的干扰。为了实现对焊缝气孔的准确预测，通过对焊缝的气孔分布状况及其对应的IH/IAr曲线的统计分析，建立了基于IH/IAr曲线及其统计特征指标的焊缝气孔预测模型。最后，采用四组不同的焊接工艺对焊缝气孔现象进行重复制造，并对气孔预测模型的有效性进行了验证，结果表明该模型可以实现对焊缝原生性因素引起的气孔的最概然位置预测和对焊缝人造气孔位置的准确预测，而且对不同的焊接工艺条件都有良好的适用性。