焊接作为材料连接技术的重要组成部分被广泛应用于制造行业,但焊接环境恶劣,焊接质量要求也越来越高,而自动化程度依然较低。随着“中国制造2025”的提出,工业和信息化部在相关通知中明确指出要加快研发应用等离子、电弧等复合能束能场自动化柔性制造焊接装备,不断提高我国焊接质量和焊接自动化水平,将促使我国焊接向自动化、智能化、数字化方向的飞速发展,焊接质量也将进一步提高。TIG焊焊缝金属纯度高、性能好,焊件变形小,电弧稳定性好,容易实现自动化,但TIG焊焊缝熔深浅;一般电弧传感器具有改善焊缝成型质量、抗弧光干扰、不受焊丝弯曲引起电弧偏移的影响等特点。而电场和磁场控制电弧传感的焊缝跟踪传感器在满足一般电弧传感器特点的同时能够根据需要达到收缩电弧、增加电弧能量、增加焊缝熔深等效果,因此研究电场和磁场控制电弧的传感器是提高焊接质量和焊接自动化、智能化水平亟待解决的新兴问题。本文通过研究分析了直流TIG电弧等离子体在电、磁场中的运动机理,确立了实现直流TIG电弧摆动或旋转摆动的电、磁场外加方式。其次,设计了电、磁场双控直流TIG电弧传感器的结构,确定了外加电场和磁场发生装置的具体参数。另外,对设计的电、磁场双控直流TIG电弧传感器进行了电场、磁场等多物理场的仿真,优化了电、磁场双控直流TIG电弧传感器的结构,使电、磁场发生装置的场域达到预期设计要求。然后,对电、磁场控制直流TIG电弧摆动和旋转摆动下的电弧传感焊缝识别方法进行了研究,通过坐标变换和积分求差等数学方法得到了电、磁场双控直流TIG电弧摆动和旋转摆动下的焊缝识别方法,同时得出了电、磁场双控直流TIG电弧具有自适应焊缝偏差补偿的功能。最后,搭建了电弧运动形态观测和电弧电压信号采集平台,采用高速摄影仪记录了不同场下的电弧运动形态,分析不同场下电弧运动形态的特点以及电、磁场耦合作用下对应的直流TIG电弧波形。结果表明电、磁耦合作用下能够控制直流TIG电弧自旋收缩且规律性摆动,进一步验证了电、磁场双控直流TIG电弧实现焊缝识别的可行性。所以,研究电、磁场双控直流TIG电弧实现焊缝自动识别对于提升焊接自动化水平和焊接质量具有现实意义。