随着厚壁奥氏体不锈钢/碳钢异种材料焊接结构在机械、化工、电力及核工业等行业的广泛应用,人们对厚壁异种钢的焊接效率、焊接成本、焊接接头在不同工况下的服役性能提出了更高的要求。然而,厚壁奥氏体不锈钢/碳钢异种材料焊接时通常存在以下两方面问题,一方面厚壁异种钢采用窄间隙气体保护焊时易产生侧壁熔合不良的缺陷;另一方面,异种钢焊接时在熔合过渡区Ni含量低于5%~6%的区域会形成马氏体层、在熔合过渡边界焊缝侧易形成Ⅱ型边界、在高温下因异种界面两侧线膨胀系数的差别而形成很高的局部应力。超窄间隙焊接以电弧为热源,采用“I”型坡口,且坡口间隙宽度不超过6 mm,明显小于窄间隙焊接所用间隙宽度(>9 mm),而且为每层单道焊接;所用最小线能量只有0.5 kJ/mm,因而具有比常规窄间隙焊接更小的焊接变形量和残余应力,并能有效解决HAZ的软化问题;具有比常规窄间隙焊接电弧更高的能量密度和侧壁熔透能力,因而可以从根本上解决窄间隙焊接侧壁根部不易被电弧加热的问题。显然,超窄间隙焊接方法用于厚壁异种钢焊接将比窄间隙焊接更具焊接效率高、焊接成本低及接头力学性能优良的综合优势。本文分别采用细颗粒焊剂约束的直流及脉冲电弧进行了1Cr18Ni9Ti/Q235异种钢的超窄间隙焊接,并对所得接头的组织和力学性能进行了测试和分析。此外,本文还采用预热工件的方法,分别在室温(18℃)、113℃、196℃、274℃和336℃预热条件下进行了1Cr18Ni9Ti/Q235异种钢的超窄间隙脉冲焊接,并对所得接头的微观组织进行了分析。主要结论如下:(1)直流打底焊的熔池凝固模式为FA模式,凝固组织为细小的等轴晶,其基体为奥氏体且奥氏体基体上分布有枝晶状铁素体;脉冲打底焊的熔合线附近熔池凝固模式为AF模式,凝固组织为细小的奥氏体胞状晶及晶间铁素体,而远离熔合线的熔池区域凝固模式为FA模式,凝固组织为奥氏体等轴晶且奥氏体基体上分布有枝晶状铁素体;直流/脉冲填充焊的熔合线附近熔池凝固模式为AF模式,凝固组织为奥氏体胞状晶,焊缝中心区域凝固模式为FA模式,凝固组织为柱状树枝晶;直流盖面焊的熔合线附近熔池凝固模式为AF模式,凝固组织为奥氏体胞状晶,焊缝中心区域凝固模式为FA模式,凝固组织为柱状树枝晶;脉冲盖面焊的熔池的凝固模式为AF模式,凝固组织为奥氏体胞状晶与胞状晶间铁素体。(2)直流与脉冲UNGW接头的抗拉强度均大于Q235母材,且接头弯曲性能良好,室温下的熔合过渡区韧性均优于焊缝中心和热影响区,同时脉冲UNGW焊缝区的冲击功比直流UNGW接头的高30%左右。(3)随着预热温度的增加,熔池的冷却速率逐渐减慢,焊缝中心的凝固模式均为FA模式,凝固组织由柱状树枝晶转变为等轴晶;碳钢侧熔合线附近焊缝组织由胞状晶转变为柱状树枝晶,熔池的凝固模式由AF模式转变为FA模式;熔合过渡边界的冷却速度减慢,碳钢处于固态奥氏体相的时间增长,Ⅱ型边界的迁移距离增加较快,当温度达到274℃后,Ⅱ型边界的迁移距离增加缓慢;在碳钢侧熔合线附近均可清晰观察到马氏体组织,当预热温度从室温增加至196℃时,马氏体层厚度逐渐减小,随着预热温度的继续增加,马氏体层厚度缓慢增加。