焊接是一个局部加热和冷却的过程，当材料受到不均匀的加热和冷却时会产生不均匀的应变状态，产生不同程度的应力和变形。在航天上很多结构需要采用焊接工艺，尤其是返回舱半球形薄壁壳体上焊接圆形法兰盘。其在焊接过程中产生的变形对焊接件的结构精度有很大的影响。对于返回舱上法兰盘的焊接，为了满足减小焊接后焊缝处的应力与变形需开发一套专用自动化焊接装备。基于焊接应力与变形的基本理论，提出加载预应力后的对称热源柔性等离子弧焊接工艺方案。预应力焊接工艺可有效控制薄壁壳体焊接法兰盘后的焊后应力与变形，使焊缝质量和外观提升一个档次。　　通过对预应力焊接加载方案的研究与加载应力后焊接工艺的数值分析与模拟，充分验证预应力加载方案的可行性。根据预应力加载原理设计适用于返回舱半球形壳体与法兰焊接专用预应力加载机构;考虑半球形返回舱上法兰空间位置分布状态，设计具有五自由度的全位置变位机来调整返回舱的空间位置以便于法兰盘的焊接;为进一步减少焊接变形，设计具有对称安装焊接机头的回转龙门，实现焊接的对称性。在整个工装设计中为进一步改善焊接环境提高焊接质量，设计有专用焊接视频监控系统、数据采集系统、激光弧高自动调整装置。模块化的焊接控制系统与工装控制系统增加了设备运行的可靠性。通过完成试验件的焊接并进行样件检测，检测结果表明设备的实际焊接效果完全达到了设计要求。　　作为工程课题所开发工装设备属于“载人航天器结构关键制造装备及柔性化生产线”的一部分。课题从工程的实际需要出发，结合科学的理论分析，设计制造出具有实际应用价值的航天焊接专用工装设备。