不熔化的钨棒作为阴极,焊接工件作为阳极,焊接电源供给能量,在两电极之间产生电弧,在高温电弧的作用下金属熔化,随着电弧沿焊接方向行进,熔化的金属冷却凝固,实现工件的最终连接。焊接过程中,保护气从喷嘴喷出,确保熔化金属不被污染,保护气体为氩气或氦气,用氩气作为保护气体的称钨极氩弧焊,用氦气作为保护气体的称为钨极氦弧焊。氩气使用较广,氦气因为费用过高而较少使用。由于焊接时钨棒不熔化,因此电弧燃烧稳定,能用很小的电流进行薄件的焊接。焊接时为了向焊缝填充金属,可在电弧移动的前方送入填充金属丝。金属丝经电弧的加热不断熔化,并进入熔池参与形成焊缝。根据焊枪的移动方式和填充丝的送进方式不同,钨极惰性气体保护焊又分为手工焊和自动焊两种。
钨极惰性气体保护焊的特点是电弧稳定,输入能量易于控制,焊接质量高,对焊接位置和接头几何形状的适应性也较强。但因焊接电流受钨极许用电流的限制和向焊缝中添加填充金属不方便,这种方法不利于焊接厚度大的工件,焊接生产率也低。钨极惰性气体保护焊多用于焊接尺寸精度要求较高、材料易于过热脆化和在空气中易于氧化的工件。