钨极惰性气体保护弧焊（简称TIG焊）是使用纯钨或活化钨（如钍钨、铈钨等）作为非熔化电极，采用惰性气体（如氩气、氦气等）作为保护气体的电弧焊方法，在现代工业中应用广泛，它的优点是焊接接头质量高，几乎可用于所有金属的连接，特别适合薄板或薄壁管件的焊接。但TIG焊熔深小、生产效率低。为了提高TIG焊接效率，人们采取了许多有效的方法，如活性剂TIG焊（A-TIG）、超声波TIG复合技术（U-TIG）、热丝TIG焊和高速TIG焊等，其中高速TIG焊是采用提高焊接速度的方法来提高焊接效率，焊接速度一般都在1m/min以上。但焊速提高会导致TIG电弧阳极斑点滞后，电弧后拖，进而产生咬边、驼峰等焊接缺陷。焊速越高，电弧后拖越严重，咬边和成形不良加剧。如何改善TIG电弧形态，提高TIG电弧的能量密度，解决电弧的挺直度（即电弧沿电极轴向挺直的程度）问题成为高速TIG焊的关键技术。论文查阅了大量国内外文献资料，提出了一种在TIG焊接区外加磁场的方法。针对磁控电弧特性以及磁场对焊缝成形的影响规律进行了深入研究，丰富了外加磁场作用下TIG焊接电弧理论，为扩展TIG电弧的应用范围提供一种有效途径。论文研制了可调节参数范围广的TIG焊电磁控制设备，设计技术参数为：输入电源电压220V/50Hz；空载直流电压：60V；电流调节范围0~10A；负载持续率：100％；低频范围：2~500 Hz；中高频0.5~5 kHz；占空比调节范围：30~70％；具有直流及间歇交变方波输出功能。设计了与TIG焊焊枪配套的磁头结构，磁头类型有双L型的横向磁场磁头与螺线管绕制的纵向磁场磁头。采用高速摄像对磁场控制下的焊接电弧行为进行了观测，拍摄了不同外加磁场条件下的焊接电弧形态变化。结果表明：在纵向直流和低频交流磁场作用下，电弧形态由锥形变为钟罩形；在高频纵向磁场作用下电弧形态由锥形变为柱形。采用电弧压力传感器测量外加不同磁场作用下焊接电弧压力值，结果表明：在纵向直流和低频交流磁场作用下，电弧压力随着磁感应强度以及磁场频率的增加而呈现环形双峰分布，且当磁感应强度为50mT时，电弧中心出现负压；在焊接电流100A，气流量10L/min，磁感应强度30mT，磁场频率1.5kHz，激磁电流5A，电弧中心压力由不加磁场时的280Pa增大到370Pa，增长幅值32.1%。采用研制的测量装置进行了磁场作用下的电流密度测量，电流密度与电弧压力分布呈现相同变化趋势。电弧等离子体受到高频磁场的磁压力拘束作用，产生磁压缩；磁场频率越高，电弧压缩越明显，在磁场频率为1.5kHz时，压缩效果最好。论文分析了磁压缩机理。对磁场作用下的TIG焊焊缝进行一系列性能试验，结果表明：不加磁场时，焊接速度在高于4.5m/min条件下，焊缝出现开裂；外加横向直流磁场和高频纵向磁场将提高TIG焊接速度；在焊接电流100A,气流量10L/min，激磁电流4A时，焊接速度将达到5.5m/min并且焊接质量最佳；焊缝成形情况测试表明：高速焊时，不加磁场将出现开裂；当施加磁场后焊缝成形良好。力学性能试验表明：外加横向直流磁场作用下抗拉强度较不加磁场时提高20MPa，伸长率增加5.5%，并建立了磁场作用下抗拉强度和焊缝成形系数回归模型。论文对磁控TIG焊焊缝成形机理进行了理论分析，外加磁场可以改变液态金属表面张力的差值，进而改变熔池的流动方向。当eσ/eT>0时，熔池液态金属凝固时容易产生咬边；eσ/eT<0时，咬边倾向减小。理论分析表明：外加磁场时TIG焊电弧阳极斑点的有效直径与无磁场时相比大，这将有助于减小表面张力温度系数，从而有助于解决高速焊接时出现的咬边与驼峰等问题。