9Ni钢是一种低碳马氏体型低温用钢,凭借优良的低温韧性和焊接性被广泛应用于LNG(液化天然气)储罐设备的制造。当前,9Ni钢采用传统的弧焊工艺存在焊接效率低、变形大、焊材成本高以及电弧磁偏吹等诸多问题。本文采用YLS-10000光纤激光和ERNiMo-8新型镍基合金焊丝,对国产LNG船液罐用9Ni钢进行厚板窄间隙激光焊接,并对接头的组织特征和力学性能进行了分析测试。首先,基于9Ni钢激光自熔焊的试验结果对窄间隙焊接的坡口尺寸进行了优化,然后系统地研究了光斑直径(离焦量)、光丝间距、激光功率、送丝速度和焊接速度等焊接参数对9Ni钢窄间隙激光焊接焊缝成形的影响规律,得到优化的工艺参数为:光斑直径1.88 mm(离焦量+25 mm)、光丝间距0 mm、激光功率3.0 kW、送丝速度2.0 m/min,焊接速度0.42 m/min。优化的焊接工艺可以有效地抑制焊缝中的未熔合、气孔及裂纹等缺陷。其次,在严格的焊道清理和气体保护条件下,采用优化的坡口尺寸和焊接参数实现了16 mm/25 mm厚9Ni钢的窄间隙激光焊接,得到了侧壁熔合良好的窄间隙接头,焊缝由1道激光自熔焊和5道/8道激光填丝焊组成,宽度均为3.5 mm左右。再次,通过光学显微镜、SEM和EDS等测试分析手段,对接头的组织及成分进行了分析。焊缝主要为γ固溶体,并有少量富Mo析出相弥散分布于奥氏体晶界,焊缝两侧结晶形态为柱状晶,中心为等轴晶;热影响区分为明显的粗晶区和细晶区,组织均为马氏体和少量残余奥氏体;各合金元素在熔合线附近经部分熔化区产生过渡,组织表现为从M(马氏体)逐渐转变为M+A(马氏体+奥氏体)。最后,通过显微硬度仪、拉伸试验和-196℃低温冲击试验对接头性能进行了评定。热影响区硬度均值约为340 HV,远高于母材均值230HV和焊缝均值200 HV;拉伸试样均断于焊缝,抗拉强度略低于母材;接头不同位置的低温冲击功随着到焊缝中心的距离增大而上升,均值都在70 J以上,断口形貌均为细小的韧窝,为韧性断裂。