汽轮机缸体尺寸大,焊缝数量多,焊接任务繁重,焊缝质量受焊工人为因素影响大,因此亟待提出一种自动焊接工艺,保证焊接稳定性。本文针对Q235B钢30mm厚板窄间隙MAG焊工艺与组织性能研究,揭示焊接缺陷产生机制,优化焊接参数,阐明工艺与组织之间的关系及演变规律;并模拟不同焊接顺序下大型复杂构件的变形及残余应力,确定最佳焊接顺序。通过摆动电弧和普通电弧窄间隙MAG焊的熔滴过渡与电弧形态观察,揭示焊接过程缺陷产生机制,并以焊缝成形为标准优化主要焊接参数,获得最佳工艺。结果表明,普通电弧窄间隙MAG焊中送丝速度过小,熔滴过渡为短路过渡,飞溅严重,焊接速度过大则会使焊缝呈凸形,干伸长过长与气流量过小会产生表面气孔;对于摆动电弧窄间隙MAG焊,改变焊接速度不会改变熔滴过渡形式,均为射流过渡,摆动角度小和侧壁停留时间短则会导致侧壁未熔合的产生。通过上述单因素试验确定参数区间,以熔宽和熔透深度最大值为优化条件,确定普通电弧窄间隙MAG焊最优参数为焊接速度4mm/s、送丝速度8m/min,干伸长15mm,摆动电弧窄间隙MAG焊最优参数为焊接速度4mm/s、摆动角度54°,侧壁停留时间0.4s。对两种电弧形式下成形良好的接头,重点研究焊接接头热影响区的组织特征,探讨热影响区粗晶区的组织转变规律,分析各焊层力学性能的差异性,并通过EBSD验证,最终选取最佳的焊接方法。结果表明,普通电弧与摆动电弧热影响区组织分别为珠光体+魏氏体和贝氏体,并且普通电弧粗晶区呈粗大珠光体+魏氏体→铁素体→珠光体+铁素体的周期性分布,摆动电弧则呈现粗大贝氏体→贝氏体→粗大贝氏体的周期性分布。摆动电弧接头各区域硬度高于普通电弧,抗拉强度分别为423.10MPa和421.11MPa,表明摆动电弧焊接接头性能优于普通电弧,与EBSD结果中摆动电弧晶粒细小、大角度晶界多相符合,确定最佳焊接方法为摆动电弧窄间隙MAG焊。确定焊接方法后,依据实际组焊顺序设计三种不同焊接方案,模拟优化工艺在大型复杂构件上焊接时产生的变形及残余应力。不同焊接顺序对大型复杂构件产生的残余应力影响小,改变焊接顺序构件各焊缝Mises应力均保持在244MPa左右,但是焊接顺序对构件变形影响较大,先焊接拘束条件少的组件时构件残余应力小但整体变形大,其中轴向变形最大为71.92mm,而逐步施加约束作用的焊接顺序可使最大轴向整体变形量降低至16.50mm,即采用先进行缸体内部持环、垂直法兰和水平法兰的直焊缝沿径向由内向外焊接,再进行缸体与箍筋套件的环焊缝沿轴向由外向内焊接的顺序可保证构件整体变形量。