铝合金的密度比钢低3倍多，是航空航天行业的主要结构材料。由于铝合金表面有一层致密的氧化膜，必须采用交流钨极氩弧焊接工艺，利用铝为负极的“阴极破碎”作用清理氧化膜。但氧化膜的清理只要“适量”即可，过度清理也会影响焊接过程稳定性和焊缝质量。变极性（VP）焊接电源实质上是一种正负半波的幅值和时间都可调整的不对称交流方波电源，可以在保证合适阴极清理效果前提下减小钨电极的烧损和增加焊接熔深。
    等离子弧（PA）焊接是将电钨极缩到水冷喷嘴内部，并在向喷嘴内部通入适量的氩气（一般称离子气），电弧就受到喷嘴孔径的“机械压缩”、喷嘴水冷的“热压缩”、离子气充分电离的“电压缩”的联合作用，能量密度高达50000瓦/平方毫米，电弧力也比普通电弧高数倍。
    铝合金焊接的另一个问题是气孔缺陷问题，由于铝合金液相比固相溶氢能力高30多倍，焊接过程的快速凝固往往导致氢气泡来不及溢出熔池而形成焊接气孔，基本解决思路是增长熔池的液相保持时间和“摊薄”熔池，穿孔型焊接是解决气孔缺陷的有效措施。
    变极性等离子弧（VPPA）穿孔立焊技术综合了“变极性焊接”、“等离子弧焊接”和“穿孔焊接”的优点，同时为解决液相铝合金粘性小，熔池不易保持的问题，采用垂直立向上施焊方式，用先凝固的焊缝“托住”熔池。这样，等离子射流直接穿透被焊工件，形成一个贯穿工件厚度方向的小孔。随着小孔的垂直向上移动，熔融金属沿孔壁向下流淌形成焊缝。中等厚度的铝合金在不开坡口、不需背面强制成形保护条件下，可以实现单面一次焊双面良好成形。铝合金的VPPA穿孔立焊工艺使熔融金属向下流淌过程扩大了熔池液相金属表面积大幅增加了气泡的溢出机会，焊缝气孔率极低，被称为“无缺陷焊接工艺”。
    VPPA穿孔立焊技术一直受到国外的重重封锁，北京工业大学焊接学术团队从1998年起就自主立项开展VPPA穿孔焊接电源及工艺的研究工作，攻克了大功率逆变焊接电源的可靠性设计和VPPA焊接过程的过零稳弧和双弧抑制、工艺参数匹配、闭合曲线焊缝的起弧收孔等关键技术，开发完成自主知识产权的大型薄壁壳体结构变极性等离子穿孔立焊专用焊接机床系统，成功完成了“天宫一号”主结构焊接制造，为我国空间交会对接试验顺利实施做出了贡献。