窄间隙钨极氩弧焊接（NG-GTAW）技术兼具了窄间隙焊接和氩弧焊接的特点,具有焊接效率高、焊接过程稳定等突出优势,在石油化工、核电等领域具有重要的应用前景。然而由于常规氩弧焊“钟罩”形热源分布方式,电弧边缘能量密度较低,使得厚板的窄间隙焊接侧壁热输入不足导致熔合不良。。基于此,在本课题组研究的基础之上,设计出新型的非轴对称旋转电弧NG-GTAW设备。焊枪内置电机,电机转动带动钨极不断旋转,被研磨的钨极尖端偏离轴心并位于钨极的侧壁上,焊接过程中电弧一旦被引燃,根据最小电压原理,电弧总是选择从尖端到基体金属最短的路径燃烧,以此方式建立电流传导的最佳路径,此时电弧周期性的在左侧壁-底部熔池-右侧壁之间稳定燃烧,电弧热源增加了对侧壁坡口的热输,从而改善了侧壁熔合质量。新型焊接设备集PLC电控系统、运动执行系统、水路、电路、气路系统、焊缝自动跟踪及调控系统以及非轴对称焊枪等结构于一体,各部件在电控系统的指令下完成焊接动作。焊接设备采用双气路保护方式,主轴保护气用于排尽施焊区域空气,保护高温熔池;后拖罩保护气用于保护已成形的高温焊缝避免氧化。焊缝左右调控采用线结构光控制,钨极高度调控采用弧压跟踪技术进行实时控制。经过调试,新型焊接设备运动控制精度可完全满足窄间隙焊接需求。对旋转电弧NG-GTAW物理过程进行视觉检测,研究了不同电弧旋转频率下的熔滴动态行为规律。在电弧旋转频率较低时,熔滴以接触过渡方式过渡到熔池中,随着电弧旋转频率的增高,由接触过渡逐渐转变为自由过渡,并且熔滴过渡频率与电弧旋转频率基本一致。对旋转电弧NG-GTAW工艺过程热循环和残余应力分布展开研究,发现在填充焊过程中,近焊缝区域最高温度可达600℃,此时奥氏体不锈钢处在敏化温度区间,在此温度长时间停留可能导致不锈钢耐蚀性能下降。在垂直于焊缝方向,近焊缝区域呈现拉应力,应力值略高于材料的屈服强度,随着与焊缝距离的增加,应力值逐渐降低,在一定位置处,拉应力转变为压应力。沿焊缝方向上,板材中间区域应力值较高,两端应力较低。针对321不锈钢进行了窄间隙焊接试验,根据工业实际生产对321不锈钢的施焊要求,将热输入严格控制在10 kJ/cm以下,并得到侧壁熔合良好、无明显缺陷的焊接接头。在旋转电弧的强烈搅拌作用下,焊缝组织为均匀细小的等轴晶,母材和热影响区分布有少量的柱状晶,对焊缝区、母材区和热影响区进行物相分析,发现三个区域的相分布和相含量有一定变化,但相组成均为奥氏体+铁素体。对所得接头进行力学性能测试,接头表现出良好的拉伸性能和低温韧性,均能够满足工业生产要求。对三个区域分别采用极化方法测试抗点蚀性能,采用DL-EPR方法测试抗晶间腐蚀性能,结果表明焊缝区耐蚀性优于母材和热影响区,但三个区域的耐蚀性并无明显的差距,表明该工艺和焊接系统能够适用于核电、压力容器等行业的焊接技术需求。