气体熔池耦合活性TIG焊是一种新型的高效焊接方法，旨在克服传统钨极氩弧焊熔深浅、焊接效率低等缺点。其特点是采用内外双层气体进行 TIG焊，内层采用氩气以保护钨极和熔池，外层引入活性元素 O以增加焊缝熔深或同时引入 N元素以改善焊缝性能，并可通过调节内外喷嘴的相对位置，控制熔池中O元素和N元素的引入区域和引入量，达到增加焊缝熔深和改善焊缝性能的目的。为了深入理解气体熔池耦合活性 TIG焊工艺，有必要对其焊接电弧特性进行研究。由于实验研究电弧等离子存在诸多困难，为此采用数值模拟方法研究气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热与流动特性。　　首先，基于磁流体动力学方程和组分质量守恒方程，建立了气体熔池耦合活性TIG焊电弧的二维稳态数学模型，采用Lowke简化阴极模型将阴极和弧柱耦合求解，获得了外层气体为氧气时的气体熔池耦合活性TIG焊电弧特性。结果表明：与相同条件下的 TIG电弧相比，气体熔池耦合活性 TIG电弧中心区域的温度、等离子体流速、压力、电势和电流密度均有所增加，电弧略有收缩，阳极表面电弧压力、电流密度和热流密度峰值均增大，氧气主要分布在电弧外围低温区。　　其次，研究气体种类、气流量、耦合度、焊接电流、弧长和喷嘴结构等焊接参数变化对气体熔池耦合活性 TIG焊电弧特性的影响。结果表明：与外层引入氧气相比，外层通入氮气或者氮氧混合气体时的电弧温度均升高，电弧收缩，其中氮气的影响更显著；增大氧气流量或增大耦合度，电弧最高温度上升，氧气向电弧区域扩散的趋势更明显，电弧形貌略有收缩；增大焊接电流，电弧最高温度随之升高，电弧形貌也略显膨胀，阳极表面电弧压力、电流密度和热流密度随着焊接电弧的增大而增大；阳极表面电弧压力、电流密度和热流密度随弧长的增加而减小，氧气向电弧内扩散的范围和量随弧长的增加而增大；当内喷嘴的外壁与外喷嘴的内壁平行时，外层气体通道与水平面夹角越小，氧气越易向电弧区域扩散，电弧温度越高，电流形貌越收缩；当内喷嘴的外壁与外喷嘴的内壁不平行时，上宽下窄型外喷嘴相对于上窄下宽型外喷嘴的氧气进入电弧区域的量要大，电弧收缩，温度上升。　　最后，建立了气体熔池耦合活性 TIG焊电弧的三维稳态数学模型，通过施加横向磁场获得偏移电弧，与轴对称电弧进行了比较，并分析了阳极表面氧含量与熔池氧含量的关系。结果表明：在横向磁场作用下，电弧向一侧偏转，弧长被拉长，电弧最高温度和等离子体最大流速均有所降低，外层氧气摩尔分数也表现出非轴对称分布特性；阳极表面电弧压力和热流密度已不能用高斯分布来描述，并且两者峰值下降；阳极表面平均氧气浓度略有提高，电弧等离子体不对称流动有利于活性气体从熔池前端进入熔池。