随着焊接结构对强度要求的提高,高强钢在焊接结构中得到越来越广泛地应用。在结构件、压力容器等采用大线能量的埋弧焊时,较大的焊接线能量会导致母材发生过热损害,热影响区晶粒组织粗大,致使热影响区产生脆化问题。试验研究表明,冷丝填充埋弧焊可以有效的解决高强钢,控扎钢等热敏感性强的材料采用埋弧焊接时的热影响区脆化问题；细化晶粒,改善焊缝的微观组织及力学性能。然而,在冷丝填充埋弧焊过程中,关于冷丝熔化的热量获取,冷丝填充与熔池能量分配的量化关系,焊缝微观组织与力学性能的演变过程,冷丝填充过程中温度场与应力应变的瞬时变化过程等一系列问题还需深入的研究。因此,开展了以下研究工作。(1)搭建了一套以计算机为核心的温度场测量硬件系统。该系统由热电偶、XMC5000高速数据采集器、RS-232/RS-485转换器和计算机构成。开发了一个以MCGS组态软件为核心的温度场采集软件系统,可实现温度数据的实时监控与存储、打印等功能。该测温系统可实现对焊接过程中同一时刻不同深度的各测温点三维温度场信号的实时采集,通过良好的人机界面可以直观的显示测点及其各测温点温度数据,并且依靠建有的历史数据项目形成一个庞大的试验数据库,可以方便准确地提取历史数据。通过理论分析及利用该系统对固定热源的温度测量,根据误差分析本系统可以有效、合理的应用于冷丝填充埋弧焊温度场的测量。(2)研究了冷丝填充位置、冷丝填充速度、不同冷丝直径等工艺参数对焊接接头微观组织及力学性能的影响规律。分别以不同填充位置、不同送丝速度以及不同填充丝直径进行冷丝填充埋弧焊,得到待评定的对接接头,焊后对各个接头进行金相显微组织分析及冲击与弯曲试验。试验结果表明,冷丝填充参与了熔池热力学行为,从而减小了熔池热对母材的过热损害,冷丝填充在电弧之后使冷丝填充埋弧焊工艺方法可获得良好的组织及其力学性能,合理的冷丝填充量是保证工艺实现及获得满意的组织和性能的关键。(3)建立了焊接温度场与应力场的有限元模型,分析了填充冷丝与不填充冷丝时埋弧焊过程温度场与残余应力的分布。通过对比数值模拟结果与实际测量结果的一致性,表明测量与计算结果基本吻合,从而验证了模型的准确性。温度场实时测量与数值模拟结果显示,填充冷丝与不填充冷丝时温度场的分布不同,填充冷丝后的温度场分布较不填充冷丝时明显改善,提高了接头微观组织性能。温度场的变化直接影响了应力场的分布,导致冷却过程中的残余应力发生改变。应力场数值计算结果表明,填充冷丝与不填充冷丝时残余应力分布规律相似,只是应力水平有所差异,填充冷丝后可以有效地降低残余应力,对焊接接头残余应力的改善起到了积极的作用。