国际热核聚变实验堆的磁体支撑结构材料为奥氏体不锈钢316LN,其厚度为20mm至100mm。针对该结构采用半自动MAG焊时出现了在-196℃时焊缝区低温韧性较差、焊缝组织不良、焊接残余应力和残余变形较大等问题,本论文提出使用窄间隙条件下低热输入熔化极气体保护焊系统对316LN不锈钢结构进行了厚板焊缝成型试验,得到了熔合良好、成型美观的焊接接头。并以传统熔化极MAG方法为对比,进行了两种焊接方法下焊缝区组织和性能的系统研究,以期找到更有利于提高厚板奥氏体不锈钢焊缝焊态下性能的焊接方法和相应的工艺技术。分别对对比组传统MAG焊接头和窄间隙MAG焊接头进行了强度、塑性、韧性方面的试验,分别分析了其焊接接头的力学性能,其中弯曲试验证明两类接头均熔合良好,没有超标缺陷；拉伸试验结果表明采用窄间隙MAG焊接方法,有利于获得比传统半自动MAG接头抗拉强度更为优异的焊接接头;低温冲击试验表明窄间隙MAG焊缝的低温韧性远远优于传统MAG焊焊缝,传统MAG焊接头随着试样厚度的增加,焊缝韧性呈下降趋势,当试样板厚从20mm增加到50mm时,焊缝的低温韧性平均值从105J降低到41.2J,焊缝的低温韧性损失高达63.8%；而窄间隙熔化极混合气体保护焊焊缝韧性随试样厚度增加并没有呈现任何下降趋势,甚至有两组试样焊缝冲击功值分别比之前提高了1.25J和17J。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊缝微观组织的观察发现,在传统MAG焊接方法下,焊缝组织的凝固方式以FA方式为主,也出现了一组凝固模式是F模式的接头。在窄间隙MAG焊接方法下,焊缝中心的组织凝固模式为A模式,邻近熔合线的焊缝区则以AF和FA凝固模式为主。窄间隙组的焊缝中可以清晰地观察到凝固亚结构,即凝固亚晶界、凝固晶粒边界和迁移晶粒边界。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊缝微观组织的观察发现,在传统MAG接头焊缝中,邻近熔合线的焊缝部位以具有明显方向性的柱状晶为主,柱状晶超过整个焊缝宽度的50%以上,与其相邻的是粗大的树枝状晶区,而在焊缝心部则以小的树枝晶区为主,并且随着柱状晶宽度的增大,传统MAG焊缝的低温韧性呈下降趋势。在NG-MAG接头焊缝中,邻近熔合线的焊缝部位为柱状晶,但这个取向区极窄,要比传统MAG焊降低20%-40%,与其相邻的是小的树枝晶区,焊缝心部则以等轴晶为主。通过扫描电镜对焊缝微观形貌的分析表明,传统MAG焊缝中在胞壁的位置密集地分布着很多圆形或者三角形的孔洞,大多数孔洞中的夹杂物均已剥落,有少数空洞处仍可以看到残留有颗粒物,对孔洞处进行成分分析,结果发现锰和钼偏析比较明显。窄间隙MAG焊焊缝中并没有大量的孔洞存在,胞状晶胞壁光滑。通过扫描电子显微镜对断口的观察表明,传统MAG焊接头断口以脆性断裂形式为主,窄间隙MAG焊接头则为韧性断裂,定性的说明了采用窄间隙焊接方法可以得到塑性更好的焊接接头。窄间隙MAG组的断口接头断口均为塑性韧窝,韧窝不仅数量多并且分布密集,沿大韧窝周围密集地分布着很多较小的韧窝,韧窝里含有塑性较好的球形夹杂物,这些夹杂物非但不会对接头的韧性造成损害,反而可以起到强化相的作用,而传统MAG组接头焊缝,其断口接头韧窝大小差异较大,那些很大的韧窝中往往布有塑性较差的方形条块状夹杂物,经成分分析得知这些夹杂物属于典型的脆性夹杂物,会对接头韧性造成损害,这些夹杂物聚集的地方往往就是接头的薄弱环节,微孔很可能就在这些夹杂物处形成并聚合形成微裂纹,而且这些夹杂物很容易造成应力集中并最终导致接头的脆断。综上所述,窄间隙MAG焊接方法可以很好地替代传统半自动MAG焊接方法,在低热输入条件下实现对厚板奥氏体不锈钢的焊接,得到性能更为优异的焊接接头,尤其是更高的低温韧性,对厚板不锈钢结构的焊接具有生产指导意义。