随着制造业的迅猛发展,对焊接技术的效率、质量和控制的要求越来越高。气体保护电弧焊由于适应性强、操作简单方便、易于实现机械化和自动化等优点在生产中被广泛使用。但不论是GTAW还是GMAW在工业生产应用中都存在一定的局限性,如GTAW电弧能量不集中,易发生磁偏吹,焊接效率低;GMAW增大焊接电流后会产生不稳定的旋转射流过渡,焊接飞溅大、成形差,焊缝组织粗大等问题。由于焊接电弧是满足电磁规律的导电流体,可以通过外加磁场影响电弧与熔池行为,实现磁场控制焊接过程。因此,磁控电弧行为及其焊接过程研究成为近年来热点课题之一。本文使用钨极产生电弧,并通过自主研发的磁场发生装置在电弧区域施加纵向磁场,研究了磁场对电弧特性的影响规律。使用含铁镍元素的特殊钨极产生电弧,引入金属蒸气,研究了磁场和金属蒸气共同作用下的电弧特性变化规律。使用高速摄像拍摄磁场作用下的电弧形态,发现电弧在直流磁场中绕轴线做定向旋转,电弧旋转半径和旋转速度随磁感应强度增加而增加,电弧顶部收缩,底部扩张,电弧的刚度和稳定性提高。引入金属蒸气后,随磁感应强度增加,旋转的电弧变得发散,稳定性降低。在交变磁场中有无金属蒸气的电弧均跟随磁场频率做周期性往复旋转,含有金属蒸气的电弧最大旋转半径随磁场频率增加而增加。对磁场作用下的电弧电压信号进行采集,发现直流磁场中电弧电压随磁感应强度增加而增加,在交变磁场中跟随磁场频率发生周期性变化。引入金属蒸气后变化规律相同,但会影响电弧稳定性,使电弧电压发生波动。磁场作用下的阳极表面电弧压力和电流密度分布相似。在直流磁场中随磁感应强度增加,电弧中心数值减小,分布形式由单峰分布变为双峰分布。在交变磁场中始终呈单峰分布,电弧中心值小于无磁场时,且随磁场频率的增加,峰值逐渐增加。引入金属蒸气后分布不对称,但变化规律相同。使用光谱仪结合Boltzmann作图法计算了电弧温度,发现直流磁场中电弧温度随磁感应强度增加而升高;在交变磁场中电弧温度降低,且随磁场频率增加而升高。含有金属蒸气的电弧温度在直流磁场中随磁感应强度增加先升高后降低;在交变磁场中电弧温度随磁场频率增加而降低。