随着城市建设、造船业以及核工业领域的快速发展,厚板需求日益增长,由于现有的生产设备以及制造技术的限制,大部分厚板连接只能采取焊接的方式,当采用传统焊接方式时,费用高、费时长、效率低。为此,需探索新型的焊接方式。窄间隙焊接技术因其耗时短、能耗低、热影响区小、经济效益高的特点受到青睐,但因焊接坡口窄且深导致其焊接过程易产生侧壁熔合不良、气孔、咬边等缺陷,严重制约焊接质量的提升。因此,研究相关工艺参数对窄间隙焊接质量的影响意义重大。本文以窄间隙焊接过程的建模和控制为背景开展研究,主要工作如下:(1)详细研究了窄间隙埋弧焊、窄间隙钨级气保焊、窄间隙熔化极气保焊各自的优缺点,选择最有应用前景的窄间隙熔化极气保焊作为本文研究方向。对比分析了几种常见的窄间隙熔化极气保焊,选取了应用最广、促进侧壁熔合效果最好的两种焊接方式,即基于电弧摆动和基于电弧旋转的窄间隙熔化极气保焊作为本文焊接方案。(2)在详细分析窄间隙焊接机理的基础上,分别建立了基于电弧摆动和电弧旋转的窄间隙焊接过程的动态仿真模型,从工艺参数对热输入影响的角度切入,分别研究了其对焊接质量的影响以及侧壁熔合不良、焊缝超高、凸度过大、咬边等缺陷产生的原因,为窄间隙焊接工艺参数匹配提供了理论依据。(3)针对焊接过程噪声大,而卡尔曼滤波在焊接过程噪声参数发生变化时滤波效果会变差的问题,研究了一种平滑窗口宽度可调的自适应卡尔曼滤波方法来提取真实的焊接电流信号,仿真结果显示在焊接电流测量噪声变化时,依然能取得很好的滤波效果。(4)为了解决模糊控制器应用于焊接过程控制时存在稳态误差的缺点,改进常规模糊控制器并设计了一种用于弧焊电压控制的自适应模糊控制器,进行了相关仿真研究,仿真结果表明所设计自适应模糊控制器相比PI控制器超调更小,与常规模糊控制器相比稳态误差更小。