采用旋转激光+GMAW复合焊能够有效弥补传统复合焊不足,提高激光对熔池的搅拌作用,扩大激光热源作用范围,有效抑制气孔、驼峰、咬边、裂纹等缺陷,提高接头质量。但激光旋转使得热源物理特性、小孔及熔池动态行为较常规复合焊更为复杂,工艺优化相对困难,继而影响焊接质量的可靠性和稳定性。目前研究者主要集中于工艺试验研究,难以解释其内部机理,故本文采用数值模拟的方法对旋转激光+GMAW复合焊进行研究,分析旋转激光对电弧等离子体动态行为、小孔动态变化以及熔池流体流动的影响,为铝合金旋转激光+GMAW复合焊工艺优化及实际应用奠定坚实基础。由于旋转激光+GMAW复合焊电弧动态行为和熔池流体流动本身非常复杂,作为研究的第一步,本文根据传热学、光学、电磁学和流体动力学理论,分别建立旋转激光+GMAW电弧动态行为数值分析模型和熔池流体流动数值分析模型,对电弧动态行为和熔池流体流动分别进行模拟计算,并依据电弧模拟结果对熔池热力特征进行分析。以旋转激光复合焊电弧动态数值模型为基础,研究不同接头、不同旋转半径和不同频率下激光对电弧等离子体的温度、速度、压力、电势分布的影响。结果表明,由于激光位置不断变化,A、B、C、D四个位置对应的电弧的最高温度分别为14590K、14593K、14589K、14598K,变化幅度较小,相应的电弧等离子体的速度、压力、电势的变化幅度也非常小;随着激光旋转频率增大,激光对工件某一位置的作用时间减少,但是,激光作用区域的面积变大,金属蒸汽浓度提高,导致电弧温度提高,旋转频率为10Hz、20Hz、30Hz时,电弧最高温度分别为13809K、14593K、14963K,同时电弧等离子体的流动速度和压力上升;随着旋转半径增大,激光作用范围更大,但是激光的旋转速变快,激光对工件的作用时间减小,金属蒸汽浓度下降,导致电弧温度下降,旋转半径为0.5mm、1.0mm、1.5mm时最高温度分别为14890K、14590K、13876K,电弧等离子体的流动速度和压力也相应的降低;在T型接头中,旋转频率为0Hz时电弧的最高温度为13562K,而在20Hz时电弧的最高温度降低为13059K,相较对接接头降低大约1000K,这是由于在T型接头中,电弧空间更为狭小,电弧向左偏离焊丝轴线,焊丝端部的电弧等离子体的温度、速度、压力下降。以旋转激光复合焊熔池流体流动数值模型为基础,研究不同接头和不同频率下激光对熔池内流体的温度和速度的影响。结果表明,在对接接头中,熔池表面波动剧烈,在熔池底部形成波浪状焊缝,小孔尺寸不断变化,在横截面上小孔的最大开口直径和深度为1.4mm和2.5mm,随着旋转频率从0Hz增加至20Hz熔池上表面的最大小孔直径从2.1mm增加至3.4mm,流体流动速度也从1.9m/s增加至3.5m/s;在T型接头中,由于重力对熔池中流体运动的影响增强,熔池上表面的波动程度较低,但是在横截面上小孔尺寸变大,最大开口直径和深度为1.6mm和2.8mm,随着旋转频率从0Hz增加至20Hz,流动速度从2.5m/s增加至4.5m/s,最大开口直径和深度为1.6mm和2.8mm,由于激光不停的搅拌熔池,使熔池内流体流速提高,熔池中的气泡易与小孔合并,有利于气泡逸出,抑制气孔缺陷的产生,同时提高了液态金属的铺展性,有利于抑制咬边缺陷的产生。