钨极惰性气体保护电弧焊，即TIG焊，由于其恒定的弧长，稳定的焊接过程，并且采用惰性气体作为保护气，容易获得质量较高的焊缝，被广泛应用于实际生产中。了解电弧与熔池相互作用的机制，将为TIG焊焊接方法及工艺参数的优化提供直接的理论依据，有助于改善焊接工艺，进一步提高焊缝质量。然而在实际焊接过程中，采用传统方法很难直接观测电弧以及熔池的行为，这使得研究电弧-熔池耦合的机制存在很大的难度。　　本文基于FLUENT软件，根据多相流VOF模型，建立了基于自由表面的定点及移动TIG焊三维熔池数学模型，获得了不同焊接参数下的TIG焊熔池表面变形情况以及熔池温度场和流场的变化规律。结果表明，焊接熔池自由表面在电弧压力、电磁力、浮力以及表面张力的作用下发生变化，且由于电弧压力在热源中心处最大，向周边递减，故熔池自由表面在熔池中心处下凹最为明显。随着焊接电流和焊接时间的增大，焊接熔池的熔深、熔宽以及熔池最高温度均有所增加。随着焊接热源的移动，焊接熔池尾部后拖，温度等值线拉长，前方等温线密集，温度梯度大，后方等温线稀疏，温度梯度小。　　在已有工作的基础上，建立了三维TIG焊电弧-熔池耦合模型，计算得到了恒流以及脉冲作用下电弧-熔池耦合情况的电弧和熔池的温度场、流场，并分析了在焊接电流周期性变化条件下电弧形态、温度以及熔池熔深、熔宽的变化情况。计算结果表明，在脉冲电流的作用下，峰值电流作用的电弧温度梯度大，熔池熔深、熔宽都较基值作用时有明显的增加。　　针对TIG焊电弧与熔池的双向耦合实际情况，建立了二维电弧-熔池耦合的数学模型。基于VOF模型，模拟电弧作用下的熔池自由表面并分析其演变规律，计算时考虑了自由表面变形下的电弧以及熔池温度场、流场。结果表明，在电弧-熔池耦合作用的情况下，焊接电弧将热传递至熔池，熔池从而形成一定的熔化区域。熔池温度场等温线较为平缓，熔化区域较宽。熔池自由表面在电弧压力作用下，发生了一定的凹凸变形，该变形在熔池中心较大，向周边递减。