焊接电弧作为热等离子体，一般认为其处于局域热力学平衡状态。然而，等离子中的电子和重粒子质量相差较大，平动能量交换率低，在阴极、阳极和电弧的外围、气体入口处电子温度明显高于重粒子，偏离了局域热力学平衡状态，有必要采用双温度模型来研究等离子的非平衡特性。本文基于双温度假设，针对TIG电弧和双层气体保护TIG电弧，建立了二维轴对称数值模型，通过FLUENT软件对连续性方程、动量守恒方程、电子能量守恒方程、重粒子能量守恒方程及麦克斯韦方程组进行求解，分析电弧等离子体的非平衡特性。　　首先，对TIG电弧进行数值模拟，得到了电子和重粒子温度场、流场、压力场、电势场等分布规律；同时，将计算结果与Hsu双温度模型得到的结果以及实验结果进行对比。结果表明：对于TIG电弧等离子体，中心区域电子温度与重粒子温度基本保持一致，满足局域热力学平衡；而在电极附近及远离电弧中心的外围区域，电子温度要高于重粒子温度；模型计算得到的温度场、流场、电势场、压力场与Hsu双温度模型的结果基本吻合，同时等离子体的温度场与实验结果吻合良好。　　其次，分析比较了气体流量、电流对TIG电弧特性的影响。结果表明：随保护气体流量的增加，非平衡区域略有扩大，电弧形貌有一定的收缩，阳极表面电弧压力峰值增大；电流增加，使等离子体温度上升，运动更加剧烈，阳极表面的电弧压力和电流密度有明显的增加，等离子体非平衡程度下降。　　再次，基于双温度假设，对双层气体保护TIG电弧进行数值模拟，得到了电子和重粒子温度场、流场、压力场、电势场等分布规律，重点讨论其非平衡特性，并与TIG电弧计算结果进行了对比。同时，分析比较了电流、气体流量、耦合度、弧长及喷嘴形状对电弧等离子体非平衡特性的影响。结果表明：导致等离子体产生非平衡现象的原因是电子和重粒子间碰撞频率和能量交换率较低，而在高温区之所以近似符合LTE假设就是因为该区域电子数密度足够大，电子、重粒子间的碰撞频繁，两者温度近似相等；随保护气体流量的增加，整个求解域内的非平衡现象将更为明显，内外层气体流量的增加均可使电弧中心满足LTE的范围缩小，电弧外围非平衡区明显扩大，而对阳极表面无显著影响；电流的增加，可以扩大等离子体的高温区，从而增大热力学平衡区，削弱电弧等离子体的非平衡现象；电弧弧长的增加会削弱等离子体径向上的非平衡现象，同时也使气体入口处的非平衡现象更加明显；耦合度对双层气体保护TIG电弧非平衡特性的影响较小，耦合度增加会一定程度上削弱氩等离子体的非平衡效应；外喷嘴形状对电弧的非平衡特性影响主要在于气体流速与挺度，当外喷嘴与水平线夹角变小时，气体挺度上升，冷却作用变大，非平衡效应加强。　　最后，对等离子体碰撞过程中的非弹性碰撞进行了讨论。结果表明：将非弹性碰撞过程的能量交换项加入能量方程中，发现等离子体的温度会受到影响。电子温度和重粒子温度均有一定的下降，更加接近局域热平衡条件下的计算结果；但考虑非弹性碰撞过程仍需大量的实验数据及理论研究的支持，为简化计算，可以在计算中不考虑这一过程。