随着液化天然气（LNG）的需求在全球范围内日益上涨,9%Ni钢（06Ni9DR）由于其极佳的-196℃超低温韧性,逐渐取代了Ni-Cr系不锈钢,成为LNG储罐及运输船制造中应用最多的材料。目前,9%Ni钢储罐和运输船的焊接主要采用焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）以及钨极氩弧焊（GTAW）等,其中钨极氩弧焊具有过程稳定、接头质量高等显著优势,但仍存在焊接效率低、填充层数多等问题。本文基于旋转电弧GTAW开展了 9%Ni钢窄间隙焊接工艺试验,显著提升了焊接效率并降低了热输入,获得了综合性能良好的焊接接头,并进一步实现了 5 mm超窄间隙GTAW技术,研究结果对于我国LNG储罐与运输船的高质量建设具有重要的理论意义和应用前景。根据非轴对钨极旋转电弧的原理,开发了旋转电弧窄间隙GTAW系统,并利用该系统进行了 9%Ni钢的焊接工艺试验,揭示了不同工艺参数条件下的熔宽、熔深和热影响区尺寸的变化规律,确定了工艺参数的合理区间。采用8mm窄间隙坡口及合适的反变形角度,通过控制不同焊层的热输入,在确保侧壁熔合的前提下提高了焊接效率,仅单道6层完成了 16mm板厚工件的焊接,获得了良好的焊缝成形与高质量的焊接接头。对接头进行了微观组织分析、XRD及EBSD测试,发现焊缝组织为沿着温度梯度方向生长的单一奥氏体枝晶结构且无其他杂质相,而热影响区则为马氏体、回火马氏体与少量残余奥氏体的混合组织。进一步对9%Ni钢焊接接头进行了力学性能及耐腐蚀性能测试,发现在合理热输入条件下,接头抗拉强度与母材相当,-196℃低温冲击韧性良好,可达140 J/cm2,同时正弯、背弯角度均可以达到160°,满足储罐标准要求。焊缝区盖面焊层与填充焊层硬度大于打底焊层;热影响区硬度在细晶区最大,直至两相混合区时逐渐降至与母材一致。9%Ni钢接头在模拟海水环境中发生选择性腐蚀,腐蚀倾向与接头的Ni、Cr元素分布有关;焊缝与热影响区耐蚀性均优于母材,热输入过低时,热影响区耐蚀性变差。为进一步提升焊接效率、减小热输入,探究了 5mm超窄间隙条件下的旋转电弧焊接技术,发现超窄间隙条件下侧壁对电弧的拘束作用变强,电弧呈现椭球状且尺寸较窄间隙焊接更小,能够同时加热侧壁与熔池区域,热效率进一步提升。由于电弧热作用变化,熔滴过渡行为也与窄间隙GTAW不同,在电弧旋转一周过程中,前半个周期焊丝端部保持与熔池接触,后半个周期发生两次过渡现象,每次过渡过程中焊丝经历“接触-颈缩-分离-伸长-再次接触”的过程,该种过渡方式更为稳定。旋转电弧超窄间隙焊接可以进一步提升焊接效率和熔敷金属填充效率,显著降低了热输入,增大了侧壁熔深并减小了热影响区尺寸,获得的焊接接头强度高于母材,综合力学性能良好。