中文摘要：

拟通过对运动电弧作用下TIG焊接熔池形态瞬时行为的数值模拟，分析TIG焊接熔透熔池三维表面变形的动态行为；利用特制光栅-激光频闪视觉技术测试不同焊接工艺条件下的熔池三维表面变形。数值分析与实验测试相结合，定量描述熔池表面变形与工件熔透程度的相关性，研究熔池熔透瞬间以及不同熔透程度所对应的熔池表面变形，构建熔透程度的特征参量和焊穿产生倾向的判定方程，定量描述"焊接工艺参数-熔池表面变形-工件熔透程度-焊穿产生倾向"之间的内在联系，实现基于熔池表面变形对熔透程度和焊穿的预测。这对于焊接熔透控制、焊接工艺优化和焊接过程分析都具有重要的理论意义和工程实用价值。

结论摘要：

推导出了完备的熔透熔池上、下表面变形方程及其耦合关系，建立了TIG焊接熔池形态瞬时行为的数学模型，研发出相应的数值分析软件，对熔透熔池三维表面变形进行了动态模拟。根据不同工艺条件下熔池上、下表面变形三维信息的动态演变过程，考察了未熔透、全熔透时的熔池表面下塌变形。以熔池上表面最大下塌量与熔宽和熔池长度的比值为两个特征参量，确定了熔池表面变形与工件熔透程度的相关性。将熔池表面变形三维信息与熔池整体的受力状况分析相结合，建立了熔池塌陷和工件焊穿的判定方程。采用激光频闪视觉与特制光栅技术相结合的方法、以及焊缝横截面宏观金相图片的方法对数值分析结果、特征参量和判定方程等进行了实验验证。定量描述了"焊接工艺参数-熔池表面变形-工件熔透程度-焊穿产生倾向"之间的内在联系，实现了基于熔池表面变形对熔透程度和焊穿的预测。这对于焊接熔透控制、焊接工艺优化和焊接过程分析都具有重要的理论意义和工程实用价值。