高强钢三明治板作为一种新型的轻量化结构材料,因其具有比强度高、比刚度大、吸能性好的优点,在船舶、轨道交通、汽车、重型机械等领域具有广泛的应用前景。针对金属三明治板面板和芯板连接难题,为改善激光焊高强钢三明治板T型接头焊缝根部存在间隙的问题,本文提出一种新型高强钢三明治板加工制造方法即焊剂片约束电弧焊(Flux Bands Constricting Arc Welding,简称FBCA)。为获得成形良好的T型接头,基于高速摄像系统及焊接电信号动态采集系统,对在焊接过程中严重影响FBCA焊接T型接头成形的电弧行为、熔滴过渡形式及电弧稳定性问题展开相关研究,最后对T型接头的组织与性能进行分析检测。本研究不仅为提高FBCA焊接T型接头的电弧及熔滴过渡稳定性、提高焊接接头的质量提供了理论依据,还为实现高强钢三明治板的稳定焊接奠定了工艺基础。首先设计了三明治板T型接头装配夹具,优化了焊剂片贴敷方式,研发了焊剂片约束电弧焊接三明治板T型接头的工艺,搭建了完整的FBCA焊接T型接头平台,并通过大量焊接实验,获得了面板与芯板熔合良好的T型接头。基于高速摄像图像采集系统,研究了电弧与焊剂片的相互作用。在焊接过程中,一方面焊剂片在电弧的作用下被加热熔化,呈现出不同的熔化状态,另一方面电弧受焊剂片热压缩和固壁约束共同作用,改变了电弧燃烧位置和电弧形貌。实验结果表明:电弧到侧壁距离与电弧到坡口底部距离的大小是影响电弧燃烧位置的主要因素。通过调节电弧电压、焊接电流、坡口宽度会影响焊剂片的熔化高度,从而影响电弧到面板侧壁及坡口底部的距离。控制电弧电压在23-29 V,焊接电流240-320 A,坡口宽度3-7 mm时,电弧熔化高度适中,电弧在坡口底部、根部及侧壁燃烧。针对不同工艺下的电弧行为对焊缝成形的影响进行了研究,结果表明:电弧加热位置显著影响T型接头焊缝截面形貌。面板最大侧壁熔深和最小侧壁熔深的差值ΔL以及芯板熔宽与坡口宽度的比值K可以分别量化焊剂片对电弧的约束程度及电弧对焊缝根部的加热程度。基于高速摄像及焊接电信号同步采集系统分析了FBCA熔滴过渡形式及其对电弧稳定性的影响。结果表明:使用FBCA焊接T型接头时在不同工艺下分别存在四种不同的熔滴过渡形式:弧桥并存过渡、短路过渡、排斥过渡、细滴过渡,其中细滴过渡根据熔滴过渡角度又分为细滴自由过渡和细滴排斥过渡。当熔滴过渡形式为弧桥并存过渡和细滴自由过渡时,熔滴过渡比较平稳,电弧燃烧过程最稳定。最后,研究了FBCA焊接接头的显微组织与基本力学性能的相关性,其中力学试验为T型接头拉伸、剪切、弯曲三类。结果表明:T型接头中焊缝区组织为针状的铁素体和细珠光体,热影响区为马氏体和贝氏体组织,母材区为细小的板条马氏体组织。焊接接头平均硬度表现为母材(325HV)>热影响区(298HV)>焊缝(256HV)。在力学试验中,T型接头失效位置多发生在熔合区,与激光焊接同等厚度的T型接头的性能相比,焊剂片约束电弧焊接工艺可显著提高接头的承载能力,说明焊剂片约束电弧焊是一种极具潜力的金属三明治板加工制造方法。