非熔化极气体保护焊（Gas Tungsten Arc Weld,简称GTAW）常以氩气或氦气为焊接保护气体,又被称为钨极氩弧焊或者钨极氦弧焊。氩弧柔和且焊接过程稳定是其最大的优势,但其能量密度小、挺度低,导致其焊缝熔深浅,焊接效率低;氦弧具有能量密度高,焊缝熔深大的优势,但氦气成本高,限制了其使用范围。因此,本文提出双层供气非熔化极焊接方法（Double layer path of Gas Tungsten Arc Welding,简称D-GTAW）,通过改变传统GTAW焊接保护气的供气方式和气体种类,获得特殊的电弧,以期缓解上述传统GTAW存在的问题。由于焊接电弧作为电弧焊能量的载体,对焊接质量有直接影响,因此有必要对双层供气非熔化极焊电弧特性进行研究,而数值模拟技术克服了由于电弧的高温性和瞬时性对其特性的测定和检测造成的困难,是一种全面高效的研究电弧特性的手段。本文基于磁流体动力学的基本理论,借助CFD（Computational Fluid Dynamics）软件,针对非熔化极气体保护焊和双层供气非熔化极焊,建立了包含钨极、电弧区域、工件的二维轴对称仿真模型,通过数值模拟技术对两种焊接方法的电弧特性进行对比,结合焊接保护气热物理性能的特点,分析两种焊接方法的电弧特性存在差异的原因,为双层供气非熔化极焊接方法的实际应用提供理论指导,并进行了相关的焊接工艺试验。研究结果表明:与传统GTAW的氩弧相比,CO₂(10L·min^-1)+Ar(5 L·min^-1)的D-GTAW电弧电压提高了31%,熔池中心的电流密度提高了25%,传递到熔池的总热量增加了19%。CO₂+Ar的D-GTAW在钨级尖端区域的电弧气氛中,CO₂摩尔质量分数均在1.0%以下,钨极不会发生明显烧损。焊接电流为150A时,CO₂(10L·min^-1)+Ar(5 L·min^-1)的D-GTAW在12mm厚的Q235工件上获得的自熔焊焊缝深宽比为0.19,且熔深达到1.1mm,与纯氩保护的GTAW相比,均有显著增加。随着内层He流量增大,Ar+He的D-GTAW的电弧逐渐具备氦弧的特性,当内层He的摩尔体积占总气体的41%时,其传递到熔池的总热量可达钨极氦弧焊的76%,超过了He占氦氩混合气比例为70%时氦氩混合气保护焊的水平。相同焊接工艺参数下,Ar(10L·min^-1)+He(5L·min^-1)的电弧电压可达GTAW(He 10L·min^-1)的80%,比GTAW(Ar 15L·min^-1)提高了57%,D-GTAWAr(10L·min^-1)+He(3L·min^-1)的D-GTAW可同纯氦保护(He 10 L·min^-1)的GTAW一样焊透6mm的2219铝合金板。