铝合金材料是实现轻量化制造的一种前景十分广阔的工程材料,而各种脉冲型熔化极气体保护焊以其成本低、效率高等优势被广泛用于铝合金薄板的焊接领域。但焊接过程中熔滴冲击及熔池壁面约束对焊缝成形、显微组织及元素分布等的影响机理尚未明确。本文以6061铝合金为实验材料,综合采用不同焊接工艺参数和条件包括调制多种电流波形、施加不同底壁支撑、改变焊枪倾角、更换焊丝直径等系统研究了熔滴冲击及熔池底壁壁面约束对焊缝轮廓成形及组织性能的影响。论文的主要研究内容如下:(1)通过调整焊枪倾角及分析不同区域元素分布特征研究了横截面内熔滴冲击驱动的流体流动对6061(Al-Mg-Si系)铝合金焊缝轮廓、晶粒形态及元素分布的影响机理;开展了不同低频频率调制电流波形的双脉冲焊接实验,进一步研究了焊缝纵截面内熔滴冲击驱动的流体流动对晶粒形态及成分分布特征的影响。为准确表征焊缝成分含量变化及鉴于现有两种稀释率计算方法结果不一致,本文提出了一种可用于多合金成分总和稀释率计算的新方法。结果表明:由于熔滴冲击驱动的金属熔液在熔池各位置的搅拌强度不同,其对应区域的晶粒形态及合金元素含量均差异显著。以横截面内指状熔深焊缝为例,轮廓窄深区拐点前后熔合线内侧晶粒因搅拌强度不同而分别呈柱晶及细晶;同时拐点前Mg元素含量约为拐点后的229.17%。焊缝纵截面内,双脉冲工艺强、弱脉冲群对应的焊缝底部“下坡”区及“上坡”区,其晶粒也呈柱晶与细晶差异;“下坡”区Mg元素的含量约为“上坡”区的203.85%。(2)通过在大区间范围调制脉冲基值电流以及对不同基值电流的焊缝轮廓特征包括余高、熔深等参数分析,研究了熔池底壁壁面约束对熔池内金属熔液的流动形式及焊缝成形的影响机理,并提出了表征壁面约束作用强弱的物理量:余高成形系数Rc。通过开展在熔透焊焊缝背面施加具有不同壁面约束能力的支撑板焊接实验,进一步验证了壁面约束对焊缝轮廓成形的影响机理。结果表明:随着脉冲基值电流增大,焊缝余高及熔深均经历多种形态,熔池底壁壁面约束在金属熔液流动过程中具有“分流”作用,其表征量Rc值能准确反映壁面约束作用强弱的改变。通过在焊缝背面增加各位置支撑板重新建立底壁壁面约束后,以热输入177 J/mm试样为例,其上表面余高增加了3.82倍,Rc值由0.05陡升至0.24,熔池下表面熔宽减少了40.66%,从而验证了熔池底壁壁面约束对焊缝成形的影响机理。基于该理论,上表面塌陷的焊缝在增加背面支撑板约束后,其抗拉强度提升了39.85%。(3)通过调制脉冲峰值电流及对比分析等热输入时变峰值电流与变基值方式下焊缝轮廓形态特征,研究了峰值电流调控的熔滴冲击作用对焊缝成形的影响机理;通过开展强弱脉冲群内高频脉冲个数相同但低频频率不同的双脉冲焊接实验,并对比分析焊缝的轮廓特征,研究了熔滴冲击及壁面约束综合作用对焊缝轮廓成形的影响;为验证该机理,采用具有最大熔深峰/谷差的电流参数开展了同低频频率的双脉冲熔透焊实验。结果表明:随着脉冲峰值电流的增大,等热输入时不同调制方式下焊缝轮廓形态及尺寸差异显著;双脉冲焊接时,仅当低频频率低于5.95 Hz时,熔深底部才呈现与低频频率相对应的周期性波动,且熔深峰/谷高度差及余高峰/谷高度差均随低频频率的降低而增大,两差值之比在低频频率为3.79 Hz时最高为532.20%;同时双脉冲强、弱脉冲群转换点对应的最大熔深峰角约为谷角的173.01%,而同频率的熔透焊显示,熔深峰/谷高度差及角度差均随母材的熔透而消失,说明固态底壁对流体流动具有更强烈的约束作用。(4)通过单因素法开展了探究焊丝直径、焊接速度、保护气流量等工艺参数对焊缝轮廓成形影响的堆焊实验,并分析了其成形机理及力学性能。在此基础上,通过响应曲面法结合焊缝各力学性能实验优化了焊接工艺,并使用该优化工艺对比开展了单、双脉冲调制电流波形的对接焊实验,结果表明:单因素实验时,焊接速度对焊缝轮廓成形影响最大,焊丝直径次之,保护气流量对焊缝轮廓成形影响最小;通过响应曲面法获得了熔深与工艺因素间的回归方程,结合焊缝力学性能获得了最优工艺参数,使用该优化工艺进行的单、双脉冲焊接实验表明:双脉冲接头的拉伸及冲击性能分别比单脉冲提高约14.12%和27.83%。