在我国航空航天领域,大型运载火箭燃料贮箱的焊接一直存在着困难。我国航天人针对2219铝合金厚板焊接提出了一种新的焊接工艺,钨极氦弧焊悬空打底,钨极氩弧焊填充盖面。采用钨极氦弧焊焊接10mm厚2219铝合金板,不需要制备坡口且单条焊道打底成形,在无背部衬托的情况下不发生熔池的坍塌,焊缝质量较好且气孔缺陷明显减少。为阐明钨极氦弧焊与钨极氩弧焊焊缝成形及焊缝质量的差异,进行试验及数值模拟的研究。为研究钨极氦弧焊与钨极氩弧焊在焊接过程中熔池热输入及作用力的差异,并为熔池形态数值模拟提供试验数据及理论依据,对比分析了钨极氦弧焊与钨极氩弧焊电弧特性的差异。钨极氦弧焊电弧形态呈圆球形且阳极附近发生收缩现象,而钨极氩弧焊电弧形态呈钟罩形且阳极附近发生发散现象。此外,钨极氦弧焊电弧压力小于钨极氩弧焊,在无背部衬托的情况下避免了熔池的坍塌。此外,钨极氦弧焊与钨极氩弧焊相比阳极功率密度分布更为集中,能够增加焊缝熔深,提高焊缝成形的深宽比。为研究钨极氦弧焊与钨极氩弧焊熔池形态的差异及不同焊接工艺参数对钨极氦弧焊熔池形态的影响,进行了钨极氦弧焊熔池形态数值模拟。钨极氦弧焊与钨极氩弧焊相比,熔池正面熔宽略小,熔深较深,熔池成形的深宽比更高。并且由于电弧压力较小,在无背部衬托的情况下,避免了发生熔池的坍塌。钨极氦弧焊随着焊接速度增加,由于电弧特性保持不变,每个网格熔池的热输入及作用力时间减少,导致熔池正面熔宽略减小,背面熔宽减小,下塌量减小;随着焊接电流增加,由于电弧阳极功率密度最大值及分布半径增加,导致熔池正面熔宽增加,由于电磁力及电弧压力增加,电磁力及电弧压力能够使熔池热输入及作用力传递到铝合金板下部,导致熔池背面熔宽显著增加,下塌量增加;随着电弧长度增加,由于焊接电压增加,熔池热输入增加,导致熔池正面熔宽基本保持一致,背面熔宽增加,下塌量增加。随着电弧压力增加,由于电弧压力能够使熔池热输入及作用力传递到铝合金板下部,导致熔池正面熔宽减小,背面熔宽增加,下塌量显著增加。为研究钨极氦弧焊与钨极氩弧焊焊缝成形及焊缝质量,对比分析了钨极氦弧焊与钨极氩弧焊焊缝成形及组织性能。随着焊接电流增加,钨极氦弧焊焊缝背面熔宽增加更为显著,钨极氩弧焊焊缝正面熔宽增加更为显著。在焊缝背面熔宽相同的条件下,钨极氦弧焊焊缝正面熔宽、下塌量及热影响区宽度均小于钨极氩弧焊,钨极氦弧焊与钨极氩弧焊焊缝的微观组织及第二相组织基本保持一致,焊缝区晶粒为等轴晶,热影响区晶粒为粗大的板条状,组织为粗大的?铝基体与金属间化合物Al2Cu及少量的共晶组织,晶粒内可观察到大量的熔敷球。焊缝区的第二相组织明显多于热影响区,且尺寸较大无法发挥弥散强化的作用。钨极氦弧焊与钨极氩弧焊焊缝的断裂方式均为韧性断裂,抗拉强度基本保持一致,钨极氦弧焊焊缝的断裂延伸率高于钨极氩弧焊,维氏硬度高于钨极氩弧焊。