强度等级超过700 MPa,厚度大于50 mm的超高强钢厚板在大拘束度条件下焊接时,采用常规的诸如预热、后热等工艺措施仍无法避免冷裂纹的产生。为解决超高强钢厚板大拘束结构冷裂纹问题,考虑采用低强匹配焊接方式,为此本课题自行研制了强度低于母材的高铬镍奥氏体不锈钢焊丝。本文从应力、组织性能、抗裂性试验等方面对新研制的高铬镍奥氏体不锈钢焊丝焊接性做了研究,为新研制的奥氏体焊丝的应用提供理论依据和数据支持。采用有限元软件MARC建立了堆焊、单面多层多道焊、双面多层多道焊三种模型,研究了等强匹配(同种焊材)和低强匹配(奥氏体焊材)条件下工件的残余应力和变形。结果表明,低强匹配条件下工件的等效残余应力和纵向残余应力明显小于等强匹配,低强匹配条件下工件的残余变形略大于等强匹配。利用有限元软件MARC研究了堆焊模型下不同预热温度对工件残余应力的影响。随着预热温度的增加,焊接残余应力逐渐下降。等强匹配条件下,预热温度对焊缝及热影响区的残余应力均有明显的影响,对远离焊缝的母材处的残余应力影响较小;低强匹配条件下,预热温度仅对热影响区的残余应力有明显的影响,而对焊缝和远离焊缝的母材处的焊接残余应力影响较小。相同条件下,低强匹配可以降低预热温度甚至不预热。采用SZX12体视显微镜分析了不同保护气体成分下采用奥氏体焊丝焊接低合金超高强钢所得焊接接头的宏观形貌,确定了保护气体成分为40%Ar+58%He+2%CO2时,可以获得优质焊接接头。对该优质焊接接头采用VHX-1000E正置式光学金相显微镜进行组织观察分析,发现焊缝组织为单一的奥氏体组织,熔合区由显微组织为单向奥氏体的“白亮带”和显微组织为奥氏体+马氏体的后续熔化滞留层组成,热影响区的粗晶区显微组织为粗大的板条马氏体,细晶区为细小的马氏体组织,不完全重结晶区为马氏体+回火索氏体混合组织。硬度分析结果显示,硬度最大值出现在热影响区的粗晶区,焊缝的硬度值最小。窗形抗裂试验结果表明,采用奥氏体焊材焊接低合金超高强钢具有优良的抵抗冷裂纹的能力。综合上述研究结果,低强匹配条件下焊件的残余应力减小,焊缝组织为单一的奥氏体相,显微硬度小,淬硬倾向小,因此,采用奥氏体焊材焊接低合金超高强钢时产生冷裂纹的倾向小。