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熔池形态包括熔池中熔融金属的流动行为、熔池表面的变形行为以及熔池中的温度变化，它的变化是影响焊缝最终成型重要因素之一。本文针对定点热源与移动热源下的活性TIG焊以及GPCA-TIG焊建立相应的数学模型，并对熔池中的速度场、温度场以及熔池的表面变形行为进行数值模拟与分析。 首先，分别对熔池中不同驱动力下的温度场、流场及表面变形进行模拟研究，结果表明：在浮力、(e)γ/(e)T>0时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形，在电弧压力、(e)γ/(e)T<0时的Marangoni力单独作用下，熔池上表面将会产生凹陷变形。在大电流下TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流，在熔池的边缘部位则形成向外的涡流；在活性TIG熔池中由于Marangoni力和电磁力的作用分别在熔池中心和熔池边缘形成了两种不同成因的内向涡流。熔池上部的体积流量的变化是熔池上部熔融金属是否积累的原因，并提出了熔池表面变形判据，从理论上分析了熔池变形的原因。 其次，通过对考虑和不考虑熔池自由表面的熔池进行研究，发现在考虑熔池自由表面变形时，由于熔池中的对流现象减弱，使最高温度增加，熔深减少，熔宽增加，深宽比减小。当不考虑自由表面变形时，熔池的熔深较深，熔宽比较浅，与实际结果比较，差异较大。通过试验测得的氧元素分布，对GPCA-TIG焊的温度场、流场以及熔池表面的变形进行模拟与分析，在熔池中的流动比较复杂，出现了三个涡流，而随着时间的延长，以及熔深的不断增加，熔池内的流速也在不断加大，当熔池将要熔透时，熔池边缘出现一个向外的涡流，增加了熔宽，而在熔池中部形成一个完整的向内涡流，将熔池表面的热带入到熔池底部，增加熔深。 最后，在考虑自由表面变形时，移动热源下的活性TIG焊熔池表面的形状变化影响了流场的变化。并且由于受到表面张力和电弧压力的影响，熔池中的熔融金属的流动速度方向也变得单一。在考虑氧元素分布的 GPCA-TIG焊中，熔池中的流场会随着时间的延长，流动也会发生不断的变化，直至熔池中的流动趋于稳定。熔池从非稳状态到稳定状态过程中，熔池表面熔融金属的流动先从边缘直接向熔池中心流动，之后又从熔池的后部向熔池中心流动，而在电弧中心的外围所对的熔池边缘位置，则是形成半圆形的流动，流动方向是从边缘流向熔池的中心区域，并且之前从熔池前部向熔池中心的流动已经消失，被环型流动所取代。