钨极氩弧焊（TIG）具有设备成本低、工艺灵活性好、焊缝质量高等优势，已广泛应用于工业生产中。但普通TIG焊单道焊的穿透深度一般不超过3 mm，焊接中厚板时，需要开坡口，进行填丝多层多道焊。冷致阴极收缩效应被认为能够改善电弧性能，其基本原理是对钨极强冷却，压缩钨极尖端的阴极区，从而提高电弧根部的电流密度和电磁收缩力，达到压缩电弧的目的。水冷钨极能否产生阴极收缩效应并对电弧特性产生影响，没有得到实验验证。测定冷致阴极收缩效应的规律对改进TIG焊枪具有重要的指导意义。本文主要工作内容为：　　（1）设计不同钨极冷却程度的焊枪（焊枪1：弱冷钨极；焊枪2：强冷钨极），开展对比试验。构建了以 CMOS 相机为核心的图像传感系统，观察不同焊接参数条件下阴极尖端高温区（HTCR：High Temperature Cathode Region）尺寸的变化规律。发现相同焊接工艺参数条件下，焊枪1的HTCR尺寸均比焊枪2的大，说明冷致阴极收缩是有效的。　　（2）开展定点烧蚀实验，燃弧1.0 s，测试焊接电流、钨极夹角、钨极材料对HTCR和阳极烧蚀区尺寸的影响规律。焊接电流在100 A~500 A范围内，焊枪1和焊枪2的HTCR尺寸差值呈先增大后减小的趋势，在焊接电流为350 A时，差值最大。钨极夹角分别为30?、45?和60?时，HTCR高度最大差值和阳极熔化区直径最大差值逐渐减小，说明随钨极夹角逐渐增大，冷致阴极收缩的能力逐渐减弱。另外，钍钨的冷致阴极收缩的能力比铈钨大。阳极熔化区尺寸差值的变化规律与HTCR高度差的变化规律一致。　　（3）采用小孔法测量焊接过程中焊枪1和焊枪2在不同工艺参数条件下的电弧压力。电弧压力峰值和压力分布半径均随焊接电流的增加而增大，但焊枪2的增幅更大。钨极夹角分别为30?、45?和60?时，电弧中心压力逐渐增大。钨极夹角为45?或采用钍钨作为电极时，电弧中心压力的增幅更大。使用焊枪1和焊枪2分别对4 mm、6 mm和8 mm厚的304不锈钢板进行穿孔焊接，冷却钨极可降低穿孔阈值电流，扩大穿孔焊接工艺窗口。