电弧辅助活性TIG（Arc assisted Activating TIG）焊，即AA-TIG焊，是一种新型高效的焊接方法。它采用辅助电弧预熔焊道表面后再进行 TIG焊，可使熔深显著增加。为增加热输入，将焊枪靠近形成耦合电弧或者采用单焊枪双钨极，即所谓的耦合电弧AA-TIG焊接法。由于这种方法不用涂覆活性剂，因此更易于实现自动化。此外，在大电流和较高的焊接速度下，耦合电弧AA-TIG焊能够抑制驼峰和咬边等焊接缺陷。虽然在氧化层的冶金反应过程和熔池的流动特性等方面进行了初步的研究，但是对电弧特性和熔池行为及其它们之间的相互作用还缺乏深入的认识。另外，试验研究很难给出全面的信息，且试验时间较长，试验成本高。本文针对AA-TIG焊接方法，在实验研究的基础上，结合数值模拟方法，对电弧、熔池以及两者的耦合行为进行研究。　　针对耦合电弧AA-TIG焊接法，采用静态小孔法研究了焊接电流、弧长、钨极间距、氧气流量等对阳极表面耦合电弧压力的影响，获得了耦合电弧压力特性。结果表明，耦合电弧压力与相同条件下的 TIG电弧相比明显降低，弧长增加导致电弧压力减小，随着钨极间距的增加，电弧压力分布由单峰向双峰过渡，而氧气的混入使电弧压力略微增加。采用探针法研究了耦合电弧阳极电流密度分布，发现了与电弧压力分布变化类似的规律。在此基础上，建立了耦合电弧的三维稳态数学模型，采用FLUENT求解，模拟结果与已有的实验结果和理论研究较好吻合。模拟研究了双钨极耦合电弧和双焊枪耦合电弧特性。结果表明，耦合电弧的温度、等离子流速、电弧压力、等离子流拉力和电流密度与相同条件下的 TIG电弧相比明显减小；耦合电弧阳极表面的电流密度和电弧压力偏离了传统的高斯分布。当钨极承载不同的电流时，耦合电弧高温区域靠近大电流钨极侧，小电流钨极侧的等离子流被明显地拉向大电流钨极侧，有利于耦合电弧 AA-TIG焊接时氧等离子向熔池前部的传输。　　在三维电弧数学模型的基础上，建立了包括钨极（阴极）、电弧和母材（阳极）的电弧-熔池统一模型,研究了分离电弧AA-TIG焊电弧和熔池行为，并引入格拉晓夫数 Gr、磁雷诺数 Rm和表面张力雷诺数 Ma分析了浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni切应力的相对作用大小。结果表明，熔池驱动力的作用大小依次为：Marangoni切应力，等离子流拉力，电磁力，浮力。引入Peclet数Pe并结合计算结果，表明热对流在熔池热传递中起主要作用；表面张力温度系数的改变是导致熔深增加的根本原因，而热对流方向的改变是直接原因；AA-TIG焊熔池流动与传热的改变并没有对电弧产生明显的影响。AA-TIG焊时，由于熔池金属的由外向内流动，熔宽比TIG焊时有较小收缩。　　将建立的电弧-熔池统一模型应用到耦合电弧 AA-TIG焊，模拟研究了焊接电流和钨极间距等对耦合电弧和熔池特性的影响。结果表明：耦合电弧表现出非对称性，由此使得熔池表面的电流密度、热流密度、等离子流拉力和Marangoni剪切力等表现出非轴对称分布的特点；钨极间距对耦合电弧的温度、等离子流动、阳极电弧压力、等离子剪切力和阳极电流密度和热流密度等有显著的影响，而阳极总热输入几乎不变。随着钨极间距的增加，熔池轮廓逐渐被拉长，熔池内出现多个环流。电磁力和等离子流拉力驱动的熔池流动速度相当，但是方向相反，浮力作用最小，熔池Marangoni剪切力远大于气体剪切力，因而决定了熔池的流动。熔池表面张力温度系数改变导致Marangoni剪切力方向逆转，是耦合电弧AA-TIG焊熔深增加的根本原因，不锈钢熔池热对流主导的传热过程是直接原因。与两钨极承载相同电流时相比，当改变钨极承载电流而总电流不变时，电弧等离子流动和温度有明显变化，而熔池流动和熔池形貌的改变较小。耦合电弧 AA-TIG焊熔池行为的变化对电弧行为几乎无影响。数值模拟的结果与已有的实验结果较好吻合。　　进行了耦合电弧AA-TIG高速焊实验，并测试了熔池表面张力，结合耦合电弧特性和熔池传热和流动特性研究了耦合电弧 AA-TIG高速焊焊缝成形改善的机理。结果表明，耦合电弧AA-TIG焊可以在大电流下实现较高速度焊接，无驼峰和咬边缺陷，且焊缝熔深有所增加。辅助电弧引入氧气后，熔池表面张力降低，且随着引入量的增加，表面张力降低越多。当辅助电弧引入氧气流量从0增加到2.0L/min的过程中，表面张力温度系数由负值变为正值，最后又变为负值。氧元素改变表面张力温度系数、耦合电弧减小的电弧力（压力和等离子剪切力）和耦合电弧加热区域的扩展是耦合电弧 AA-TIG高速焊焊缝成形改善的主要原因。