钨极氩弧焊(TIG)是一种高质量的焊接方法，但这种方法的焊接效率低，通常只应用于薄板焊接和厚板的打底焊中。如何在保持其优点的基础上，提高它的焊接效率成为亟待解决的问题。在这种背景下，近年来出现了一种新的焊接方法－双钨极氩弧焊(Twin-electrodeTIG，T-TIG)。这种方法具有独特的单枪双钨极结构，使它的电弧由两个电弧耦合而成，成为不同于常规TIG焊电弧的新型热源，为提高其焊接效率奠定了基础。本文深入研究了双钨极氩弧焊耦合电弧的物理特性，并在此基础上通过焊接工艺试验研究进一步发掘其在高效率焊接领域应用的优越性。　　本文首先自主研制了双钨极氩弧水冷焊枪。焊枪内同时容纳两个彼此绝缘的钨极，钨极间距小(1～6mm)且可调。水冷循环系统确保焊枪能够长时间承载大电流。以此为基础，构建了双钨极氩弧焊焊接系统。在此平台上，对双钨极氩弧焊耦合电弧的物理特性进行了测量分析。物理特性包括：电弧形态、电弧压力、阳极电流密度和电弧静特性。　　电弧形态观测结果表明：由于Lorentz力的作用，产生于相互绝缘钨极的两个独立电弧体相互吸引合二为一，成为一个大弧，即耦合电弧。电弧烁亮区位于两钨极之间，此处为电弧温度最高、电流密度最大的地方。耦合电弧形态脱离了轴对称分布。钨极形状、电流大小、钨极间距对耦合电弧的形态都有影响。调整两个钨极电流匹配形式可以使耦合电弧体发生偏转。　　采用静态小孔法对耦合电弧压力进行测定。测量结果显示，相同焊接参数下，耦合电弧压力峰值小于常规TIG焊电弧。对电弧压力产生机理的数学推导指出，电弧体上端面面积增大和电流密度分布不集中是耦合电弧压力减小的主要原因。焊接参数对电弧压力的影响很大，影响因素的正交分析表明，焊接电流仍是影响耦合电弧压力的最主要因素，钨极间距次之，电弧弧长影响程度最小。　　利用探针法测量了耦合电弧的阳极电流密度分布。结果表明，耦合电弧阳极电流密度最大值出现在电弧中心处，数值小于TIG焊单弧，并且随着分布半径的增大，电流密度值逐渐减小，并没有因为两个钨极的存在而使电流密度分布出现两个最大值，从而验证了两个电弧已经合二为一，形成了统一的电弧对工件产生作用。　　本文首次对耦合电弧电弧压力和阳极电流密度进行了二维测量。测量结果表明，在实际焊接中通常采用的小钨极间距下，它们的二维分布均脱离了中心对称形式，呈现近似的椭圆形分布，且椭圆长轴与钨极排列方向垂直。耦合电弧中两电弧强烈的相互吸引和偏钨极对两电弧的导向作用造成耦合电弧沿钨极排列方向被压缩是导致这样分布的根源。对于阳极电流密度来说，在椭圆的长轴和短轴上，电流密度近似符合高斯分布，这种分布形式为确定耦合电弧热源模型提供了依据。　　研究发现，耦合电弧在相同电流下的电压均低于TIG焊单弧。其原因是耦合电弧中两个电弧相互之间的热作用造成了电弧空间的电离度高于单弧，从而只需要较小的电弧电压就可维持相同的焊接电流。　　根据以上耦合电弧物理特性的研究结果，结合厚紫铜板工件温度场测量数据，确定了耦合电弧的热源分布模型。认为小钨极间距下，耦合电弧热源符合椭圆形分布，椭圆的长轴与焊接方向相同，且通过椭圆中心的任意一条直线上的热流密度呈高斯分布。焊接热过程数值模拟和实验结果基本吻合，验证了热源模型的合理性。　　最后，本文对这种方法在高速焊接和高熔敷速度焊接两个方面进行了工艺试验研究。结果表明，双钨极氩弧焊具有以下几个主要特点使其能够应用于以上两个方面，分别式小电弧压力、沿焊接方向拉长的热源输入分布和双钨极的排列方式。几个方面联合作用，使双钨极氩弧焊在高速焊时，易于维持熔池液面稳定，避免咬边和驼峰等成形缺陷的出现；在高熔敷速度焊时，易于承载大电流，有效利用电弧热。工艺试验结果表明，对于1mm厚低碳钢薄板的对接，焊接速度可以从常规的600mm/min提高到1500mm/min；对于6mm厚低碳钢板开坡口对接，熔敷速度可以从34.26g/min提高到47.81g/min。因此，相对于常规TIG焊，双钨极氩弧焊提高了焊接生产率，在高效率焊接方面将具有很好的应用前景。