船舶制造业的迅速发展,对船体中厚板连接效率提出了更高要求。传统船板连接方法如半自动焊接等存在生产效率低、质量难以控制等问题,所以对于船体中厚板连接,迫切地需要自动化水平高、工艺过程稳定的焊接方法来解决上述问题。本文将迅速发展的机器人自动化技术与CO₂气体保护焊接系统相结合,搭建了机器人中厚板多层多道自动横焊系统。通过对中厚板自动横焊工艺系统研究,探究相关工艺参数对焊接结果的影响规律,为该工艺更好地应用于实践生产提供一定理论支撑。试验中对不同板厚、不同坡口角度的低碳钢中厚板进行了多层多道横焊。通过对系统给定焊接参数分析,初步探究该系统自动检测算法及填充策略;通过电信号采集系统对焊接过程进行检测,并通过组织观察、硬度试验、拉伸试验对接头力学性能进行分析。此外,运用ABAQUS有限元软件对焊件焊后残余应力分布进行模拟,并将焊件表面应力模拟结果与测量结果进行对比。研究结果表明:焊缝填充过程中除打底盖面焊层外,填充焊层之间满足等层高填充,同一焊层中各焊道之间满足等道宽填充,前者通过改变不同焊层热输入来实现,后者则控制各焊道热输入不变来实现。坡口角度一定时,厚板焊缝组织比薄板的细小,硬度结果也反映其耐磨性更好;板厚一定时,坡口角度为45°与35°接头组织差别不大;对于填充焊层组织,由于后续焊层焊道热处理作用进一步细化前面焊层焊道组织,硬度上比盖面层稍高一些。并对上述结论结合温度场及热循环曲线作了分析。拉伸试验结果表明接头抗拉性能优于母材;模拟结果显示:对于试件表面残余应力,纵向应力在焊缝区及近缝区为拉应力,随着与焊缝距离的拉大渐渐表现为压应力;横向应力除接头中心区域表现为压应力,试板其余各处均表现为拉应力;并对试件表面应力用盲孔法进行应力测量,通过与应力模拟结果对比,两者吻合性较好;对于横截面残余应力,纵向方向上焊缝区均承受拉应力,横向方向上接头上下表面附近均为拉应力,部分接头中心区域表现为压应力。