核电的发展和利用能够解决全球能源紧缺的问题,而核聚变具有的资源无限、不产生核废料等优点使其成为解决能源危机的希望。厚板316 LN不锈钢作为核聚变堆设备关键用材,受到了广泛关注。316 LN不锈钢总体焊接性能良好,但仍存在焊接接头易发生晶间腐蚀、脆化、热裂纹、表面氧化和应力腐蚀等问题,控制厚板焊接时的热输入是解决该问题的关键。为了解决该问题,本课题组自主设计新型非轴对称旋转钨极窄间隙GTAW焊接设备,钨极的非轴对称尖端与内置的电机相连,通过外置的电机控制箱控制其转速。钨极的转动带动具有一定挺度的电弧进行旋转,电弧在窄间隙坡口中的周期性转动使得窄间隙底部和侧壁交替受热熔化,解决了窄间隙焊接的侧壁未熔合问题。搭建了视觉采集和电信号采集系统,对旋转电弧窄间隙焊接过程中物理过程和电信号进行采集和分析。随着电弧转动频率的提高,熔滴过渡频率加快。由于电弧的周期性转动,使焊丝不均匀受热,只有电弧旋转到焊丝端时,焊丝熔化,发生物质传递过程。电弧的转动,对熔滴过渡过程施加外加的机械力,使熔滴摆动剧烈,利于摆脱焊丝端部对熔滴的表面张力,加快熔滴过渡行为。非轴对称尖端的形状可明显改变旋转电弧的形态,通过对尖端添加一个平台,可以有效的约束起弧位置,防止电流的增大造成弧柱截面积过度长大。采用高速摄像系统对熔池中的示踪粒子行为进行了可视化检测。示踪粒子在熔池中不同时刻的位置可以清晰地反映液态金属的流动行为;与传统静止钨极焊接相比,在非轴对称旋转钨极的影响下,熔池表面的液态金属层波动剧烈。熔池流动和形态变化的主要原因是旋转电弧的机械外力和熔池旋转引起的惯性离心力。熔池内形成高速的流动湍流,加速了传热传质。电弧的周期性旋转可以明显改善熔池的流动方式,扩大了平板熔池的边缘,增大熔池面积,在熔池边缘的涡流增强了对侧壁的冲刷,促进了窄间隙的侧壁熔合。对316 LN不锈钢进行窄间隙焊接实验,对焊接参数进行优化后,打底焊、填充焊和盖面焊的热输入分别为9.9KJ/cm、14.2KJ/cm和11.4KJ/cm,热输入量大幅度降低。对焊缝区、母材区和热影响区进行XRD测试,其相组成不变,分别对三个区域进行EBSD测试,其相分布发生一定变化但是相含量基本一致。采用优化后的参数进行焊接,对整个焊接件进行力学性能测试,机械性能优良。对焊缝区、母材区和热影响区采用DL-EPR进行晶间腐蚀性能测试,焊缝区的耐蚀性远高于母材和热影响区,而热影响区的耐蚀性略低于母材且相差不大。