超窄间隙焊接具有比窄间隙焊接更加突出的各项优点。研究表明,采用超窄间隙焊接技术可以完全避免细晶粒钢焊接热影响区软化的出现,获得与细晶粒钢等强匹配的焊缝。在管道焊接中采用超窄间隙焊接,还可以使管道内侧接头区的焊接残余应力变为压应力,从而使应力腐蚀的问题得到根本解决。然而,超窄间隙焊接时过窄的间隙宽度无法使电弧通过自调节作用维持自身稳定性而沿侧壁发生攀升。为了实现超窄间隙焊接,本文从约束电弧的角度出发对超窄间隙焊接进行了系统研究,主要内容分为以下五部分。第一部分通过分析常规窄间隙焊接时电弧对侧壁的加热作用,提出了利用焊剂片对电弧进行约束以实现超窄间隙焊接的方法。通过进行超窄间隙焊接试验,得到了用以预测获得成形良好的焊接参数匹配关系式,以及满足焊缝成形良好的电压与电流范围。此外,利用该技术焊接细晶粒钢时,可以完全避免热影响区软化的现象。试验也同时表明,由于焊剂片约束电弧超窄间隙焊接方法存在清理焊渣时易导致焊剂片从侧壁剥离等问题,因而该方法不宜应用于实际生产。基于焊剂片约束电弧的原理又提出了焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法。设计了相应的超窄间隙焊枪,并通过一系列试验开发了合适的焊剂带制作方法,从而为进一步研究焊剂带约束电弧超窄间隙焊接奠定了基础。第二部分对焊剂带约束电弧超窄间隙焊接气保护方法进行了研究,通过试验和分析表明,在以细扁管底部垂直送气、细扁管两侧倾斜送气及粗扁管单侧倾斜送气三种气保护方法中,粗扁管单侧倾斜送气最好,它可以避免导气管烧损、减轻保护区气体紊流。利用设计的气保护试验装置找到了不同喷嘴截面所对应的最佳气流量。第三部分采用平板堆焊试验,在不同焊接参数下对电弧摄像并测量约束参数,分析了焊接参数改变时电弧对焊剂带加热效果的影响及焊剂带作用长度的变化。在不同约束参数下,通过测量电弧长度和宽度,焊缝熔深和熔宽,分析了不同约束参数对电弧形态和电弧加热特性的影响。从而为认识超窄间隙焊接时焊剂带约束电弧的机理提供了理论依据。另外,分析了超窄间隙中焊剂带约束电弧的加热特性。第四部分通过同步采集焊接电压波形与焊剂带电压波形,分析了焊剂带在其约束电弧中的位置与其电位的相关性。同时,还对焊剂带熔化后向熔池的过渡方式及两焊剂带电压波形进行了分析。此外,还分析了超窄间隙中不同电弧约束效果所对应的焊剂带电压波形特征。第五部分进行了焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的试验。结果表明,利用焊剂带约束电弧的方法可以获得侧壁熔合良好的超窄间隙焊缝。通过分析超窄间隙焊接时焊剂带在电弧区的不同位置对约束电弧的影响,得到了焊剂带在电弧区可有效约束电弧的位置条件。另外,得到了焊缝成形良好的电压与送带速度匹配范围。同时,试验也表明适合于焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的熔滴过渡形态为短路过渡,电压与电流范围为21-23V、240-260A。最后,对焊剂带约束电弧超窄间隙焊接工业化应用的可行性分析表明,该方法可以实现工业化应用。