提高钨极惰性气体保护焊（TIG焊）的生产效率是国内外焊接工作者的研究热点之一,涌现了许多高效TIG焊工艺。磁场辅助TIG焊通过影响电弧形态达到提高电弧能量密度的效果。但是由于磁场种类、位形和参数的多样性,磁场作用下电弧形态和性能呈现复杂的变化,使得系统阐释磁场对电弧的作用本质成为目前研究的难点。在参阅大量国内外文献的基础上,分析了目前常用电弧数值模拟方法,针对其只能获得电弧温度、压力、流速等宏观性能的局限性,提出了从微观角度,通过模拟电弧中带电粒子的运动来揭示磁场与电弧间相互作用机理的思想。在分析各种磁场对电弧形态作用的基础上,选择对电弧形态影响最大的尖角磁场和轴向磁场作为外加磁场,确定磁感应强度和磁场频率为研究参数。针对外加磁场多样性的特点,设计研制了多功能磁头和磁控焊接试验系统,可以实现多类型多参数磁场作用下TIG焊接试验。试验结果表明,外加频率1500 Hz、强度30 m T的轴向交变磁场引起的电弧收缩最明显,电弧锥顶角由不加磁场时的87.6°减小到24.8°,压缩率可达74.67%;深宽比从0.31提高到0.47,增大了51.6%,有效提高了焊接生产效率。提出了基于MATLAB的电弧分区方法。通过对电弧亮度的分析,将电弧弧柱分为电离区、复合区和能跃区三部分,定量分析了磁场对这三个区域尺寸以及电弧能量密度的影响,结合实测的电流密度和电弧压力变化,提出了高频磁控电弧能量传递效率提高的观点,阐释了电弧能量密度分布变化的原因。建立了磁场模型和带电粒子运动模型,基于MATLAB软件模拟了电子和氩离子的运动轨迹,从微观角度阐述了电弧形态变化的原因,揭示了电弧扩张和压缩的机理。研究表明,有磁芯结构磁头产生的磁感应强度呈环形山状分布,无磁芯磁头磁感应强度呈单峰分布特征。在磁场作用下,电子运动轨迹为围绕磁力线的会聚螺旋线,氩离子运动轨迹为螺旋曲线的一部分,它们还可以从一个位置跃迁到另一个位置重新开始运动。同时,外加磁场的频率和带电粒子的初速度能改变螺旋运动的回转半径,影响带电粒子跃迁的几率。频率较低、初速度较大时,回转半径较大,带电粒子易于从一个位置跳跃到另一个位置,其横向运动距离增大,电弧扩张。反之,带电粒子被拘束在磁力线附近运动,横向运动距离减小,表现为电弧的收缩。这一理论和研究思想的提出,为后续开发高效磁控TIG焊工艺提供了新的思路。基于COMSOL软件揭示了磁头结构对外加磁场及其分布的影响规律,为一体式小型焊枪的研发提供了依据,奠定了磁控TIG焊工业化应用的基础。