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变极性等离子弧-熔化极惰性气体保护（Variable Polarity Plasma Arc-Metal Inert Gas,VPPA-MIG）复合焊接方法具有焊接效率高,工艺区间宽和穿透深度大等优点,在厚板高强铝合金焊接中优势明显。该焊接方法为复合热源焊接,电弧能量集中,一次实现厚板焊接,导致焊接接头残余应力分布较为复杂,对安全生产有一定的影响。然而,针对厚板高强铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力的研究报道极少。本文提出了采用钻孔法和模态试验法相结合的残余测试方法,并获得了7A52高强铝合金VPPA-MIG复合焊接接头残余应力分布特性。研究结果对深入分析高能束复合焊接残余应力分布规律和机理,具有重要的研究意义和应用价值。针对高强铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试和分析需要,建立了由NI数据采集卡、工控计算机、虚拟仪器Lab VIEW、钻孔装置等组成的钻孔法残余应力测试系统,为实现高强铝合金VPPA-MIG复合焊接接头残余应力测量以及测量误差分析提供了保障。此外,建立了由INV 931X系列力锤、INV 9824型ICP加速度传感器、CS3062T0-24位云智慧采集分析仪、DASP模态分析软件等组成的模态试验测量系统,为模态试验法测量焊接残余应力提供了有力支撑。基于钻孔法残余应力测量原理,运用误差传递原理解析了影响残余主应力σ1、σ2和φ角测量精度的误差链。通过7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力误差试验及分析发现,弹性模量误差、贴片误差和应变取值时间误差对残余主应力和φ角的影响较大。结果表明,由弹性模量误差传递到σ1、σ2中的相对误差最大达到5%,可由弹性模量实测值的拟合曲线来实现修正。由贴片误差传递到残余主应力σ1、σ2和φ角中的相对误差在贴片24 h后可忽略,由应变取值时间产生的相对误差在钻孔150 min后降为0。修正钻孔法测量误差后,测得了10 mm 7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接接头的残余应力分布特征。结果表明,接头各区域的应力分布关于焊缝中心基本对称,出现“双峰现象”,且横向残余应力峰值为78.2 MPa,纵向残余应力峰值为223.3 MPa。上述试验结果可为模态试验法测量焊接残余应力奠定基础。采用振动理论分析了模态试验法测量残余应力的机理,获得了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊残余应力对固有频率的影响规律。结果表明,焊接残余应力会使固有频率减小,且峰值越大,固有频率减小的幅度越大。通过模态试验发现,由于复合焊接残余应力的存在,固有频率的试验测量值也会降低,且当固有频率的阶次为3阶、4阶和5阶时,试验测量值与理论计算值的差值比较小,得到的固有频率比较可靠,可以用来建立模态试验法测量复合焊接残余应力的数学模型。基于二次多项式拟合,对比分析了第3阶、4阶和5阶固有频率与复合焊接残余应力的拟合判定系数,发现第5阶固有频率与复合焊接残余应力的拟合精度最高,利用第5阶固有频率建立了模态试验法测量复合焊接残余应力的数学模型。依据建立的数学模型,分别测得了6 mm和10 mm 7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力。结果表明,接头各区域的残余应力分布特征与钻孔法测得的结果基本一致。因此,可确定建立的数学模型能够保证模态试验法测量结果的可靠性。采用模态试验法分析了7A52铝合金在VPPA-MIG复合焊接过程中VPPA和MIG两种电弧能量配比对焊接残余应力分布的影响。结果表明,复合焊接残余应力峰值会随VPPA电弧能量配比的提高而增大。在考虑焊缝成形效果的基础上,根据残余应力分布特征优化了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接参数,选择VPPA电弧能量占比为35%～40%之间的焊接参数时,6 mm和10 mm板材横向残余应力峰值分别不高于73.3MPa与92.0 MPa,纵向残余应力峰值分别不高于231.7 MPa与234.3 MPa,既可以获得成形效果良好的焊缝,也不会出现过高的残余应力峰值。