超窄间隙焊接是采用间隙尽量小的I形坡口,得到焊接变形较小、接头性能优良的焊接接头的一种高效率焊接技术,超窄间隙焊接的关键技术就是如何解决侧壁熔合问题,因此它受到各国的广泛关注。目前国际上采用电弧摆动或旋转方法来解决侧壁熔合问题,但此方法使焊接过程的控制及设备更为复杂,限制了超窄间隙焊接技术的实际应用性。本试验设计了陶瓷片约束电弧超窄间隙焊接的焊枪,在焊枪上钨极的两侧加上的圆形旋转陶瓷片可以约束电弧,防止电弧攀升,防止钨极和坡口侧壁产生等离子弧,有效的控制电弧的加热区域,从而保证坡口两侧壁的有效熔合。创新性的采用气动陶瓷片转动和三向气保护方式,通过试验确定了三向气保护的气体流量。通过对电弧形态的观察分析,以及焊缝形状的测量,试验研究了旋转陶瓷片约束下的电弧形态和对母材的加热特性;通过超窄间隙坡口焊接试验分析,匹配了合适的电压、电流等焊接工艺参数,保证坡口侧壁熔合,从而实现将坡口间隙减小到6mm以下进行焊接的目的。采用平板分裂阳极法测定焊接电流在焊接过程中的分布规律,同时自行设计了运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量了弧柱区不同位置的电位,结合静电探针与等离子体相互作用机理分析了电位波形的形成机制,提出摆动载流通道TIG电弧模型。研究发现当探针位于电弧的中央区域时,探针与载流等离子体和非载流等离子体发生交替接触,使探针上的电位呈负电位和零电位交替变化的形式。电极的阴极斑点和工件的阳极斑点之间,形成一种直径小于弧柱的载流通道,它以数百Hz的频率,在电弧内部温度较高的等离子区空间旋转和摆动,载流通道承担所有的电弧电流,而在载流通道没有运动到的外围温度区域,呈现温度较低的负离子区。