随着经济的发展,油气使用量不断加大,迫使增加海洋石油资源的开采力度,油气田开采的深度也在逐年增加。与陆上环境不同,深水环境的恶劣性对勘探和开采等一系列装备的连接和日后维修造成一定的难度,这一问题日益受到重视。摩擦叠焊作为一种已经证明了的可以用于深水钢结构修复的新型固相连接技术,其相关研究成果将为我国海洋油气开发从浅水走向深水的战略目标提供必要的技术储备。本文在“国家自然科学基金--海洋结构物摩擦叠焊单元成形过程研究”项目依托之下,在前人对Q235钢材的摩擦焊的研究基础之上,对Q345钢材摩擦叠焊焊接工艺及焊接单元成形过程中材料的塑性迁移和焊接过程中的声发射特性问题进行初步研究,以充分了解各相关因素对焊接单元成形过程的影响和规律,最终为提高摩擦叠焊的焊接质量提供理论指导及依据。本文采用标记示踪技术,在塞棒底端中心位置嵌入标记材料,选取焊缝区域纵向不同水平位置的试样进行抛光与腐蚀,腐蚀后试样断面处标记材料的流动分布情况能够充分反映出材料在基本单元成形过程(FHPP)中的塑性变形与流动情况。另外,对同一试件足够多的平行截面进行图像扫描和处理后,利用三维重建技术能够重构出标记材料焊后流动的三维模型,可以更加直观的体现出焊接过程中材料变形和流动的变化规律。本文在摩擦叠焊研究中首次引入声发射这种新兴的检测手段,对摩擦叠焊焊接过程中的摩擦情况进行实时监控,检测在不同焊接工艺条件下其焊接过程中的声发射信号,提取特征信号,建立其声发射参考模型,进而实现对FHPP单元成形过程中焊接质量的实时监控与预判。本文的创新之处在于：国内目前采用标记示踪技术多在于搅拌摩焊研究,三维重建技术在医学领域应用居多,而对于FHPP成形过程中示踪材料的三维重建应用研究尚无报道,因此该部分研究成果对我国后续研究摩擦叠焊成形机理和提高焊接接头质量将具有重要的理论意义。目前国内外还未见有对FHPP成形过程中进行实时监测研究的先例,本文首次应用声发射技术对焊接成形过程进行监控,因此本研究的系列成果将填补这一领域的空白。