钨极氩弧焊是一种传统的非熔化极气体保护焊焊接方法,其具有焊接过程稳定、焊缝成形好、自动化程度高等诸多优点。钨极氩弧焊中钨极形状决定着焊接电流密度分布和电弧压力分布,不同的钨极形态其电弧传热传力的基本规律有着显著的不同。为了获得不同钨极形状下TIG焊接传热传力的基本规律,本文研究了空心钨极、分叉钨极及双钨极氩弧焊的焊接电弧行为基本规律。本文基于FLUENT流体仿真软件,分别对空心钨极GTAW、分叉钨极GTAW及双钨极氩弧焊的电弧模型进行了计算,同时开展试验对三种钨极在不同参数下的电弧形态进行拍摄,并借助于电弧压力测量装置测试了工件表面的电弧压力,验证了所建电弧模型的准确性。本文首先研究了空心钨极GTAW在不同焊接电流、不同内气气流量、不同内孔直径下焊接电弧的电流密度场、温度场、速度场及压力场的分布状况。结果表明,焊接电流100A~220A范围内,随着焊接电流的增大,电弧的电流密度场、温度场、速度场及压力场皆显著增加,焊接电流每增加30A,电弧最高温度提高约1400-2600K,最大等离子体流速提高约65-101m/s。空心钨极内气气流量对电弧形态的影响主要作用在钨极内孔的下方区域,随着内孔气流量的增加,电弧中心轴线上的电流密度、温度及速度都有所下降,内气流量每增大0.1L/min,电弧的最高温度下降约1650K,最大等离子体流速降低20m/s。当空心钨极内孔直径变大时,电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子体流速及钨极端部和工件表面的压力皆明显降低,当内孔直径由0.5mm增加到1mm时,工件表面最大电弧压力由548Pa降低至291Pa。其次研究了分叉钨极GTAW在不同焊接电流、不同保护气气流量,不同钨极分叉间距下电弧的电流密度场、温度场、速度场及压力场的分布状况,并与普通钨极氩弧焊对比。结果表明,分叉钨极GTAW电弧位于工件表面的压力比普通钨极氩弧焊低的多,且分叉钨极GTAW电弧位于工件表面上的电流密度、温度及压力分布在X轴方向上呈相对收缩趋势。当焊接电流增大时,电弧的电流密度、温度、等离子体流速及电弧压力都显著增加,焊接电流每增大30A时,电弧最高温度提高约1400-1800K,最大等离子体流速提升约51-67m/s。保护气体流量对电弧的影响并不明显,随着保护气气流量的增加,电弧的温度场、速度场及压力场只有少许提升。当钨极的分叉间距增大时,电弧的最高温度、最大等离子体流速及工件表面的电弧压力出现显著下降,当分叉间距由0.5mm增加到1mm时,工件表面最大电弧压力由275Pa降低至190Pa。最后,研究了双钨极TIG的焊接行为。通过Xiris相机获得了双钨极氩弧焊异步引弧的演变过程,表明右侧钨极通过左侧电弧已形成的导电通道来完成引弧,并对左侧电弧的形态造成了影响。接着计算了不同焊接电流下双钨极氩弧焊的电弧温度场、速度场及压力场的分布状况。结果表明,电弧的最高温度、最大等离子体流速及最大电弧压力皆出现在钨极端部,且在电弧上方区域出现反向等离子流。随着焊接电流的增大,电弧的温度、等离子体流速、电弧压力及电弧上方区域反向等离子体流速都得到了显著的提升。焊接电流100A~140A范围内,焊接电流每增加20A,电弧的最高温度分别提高1171K、1262K,最大等离子体流速分别增加24m/s、39m/s,工件表面最大电弧压力分别增加33Pa、59Pa。非等电流情况下焊接电弧的最高温度、最大速度、及最大压力皆出现在电流较大的钨极端部处,工件表面处的电流密度及电弧压力呈非对称分布,且峰值皆出现在工件中心偏左位置。