FAB(flux aided backing)法埋弧焊是一种利用背面陶质衬垫获得双面成形的单面焊接方法,具有生产效率高、装配简单、焊缝成形质量好等优点,广泛应用于船舶建造、海洋平台、大型储罐等领域钢结构的焊接制造中。在焊接过程中,FAB法埋弧焊的焊接热输入通常在50 kJ/cm以上,使得焊接熔池高温停留时间较长,焊缝中生成大量先共析铁素体和侧板条铁素体,从而降低焊缝金属强韧性,导致焊缝金属性能无法满足使用要求。由此,如何降低大热输入下FAB法埋弧焊缝中先共析铁素体和侧板条铁素体生成量,提高焊缝金属的强韧性成为亟需解决的问题。针对这一问题本文研究了Ce合金化下FAB焊缝金属的组织及性能,取得的研究成果如下:使用田口法设计正交试验,分析讨论了DH36低合金高强钢FAB法埋弧焊中焊接电流、焊接电压、焊接速度及焊丝干伸长四个工艺参数对焊缝成形质量的影响,建立了FAB法埋弧焊接工艺参数与焊缝成形质量的数学模型,优化得出了最优工艺参数组合。通过信噪比(S/N)分析和方差分析(ANOVA)得出,各因素对FAB焊缝成形质量影响程度排序为:焊接电流I>干伸长L>焊接速度v>焊接电压U。FAB法焊接20mm厚DH36低合金高强钢时,最佳工艺参数组合为:焊接电流I=1010A,焊接电压U=32V,焊接速度v=23cm/min,干伸长L=35mm。对不同厚度DH36钢板进行FAB焊接工艺试验,分析了纯Fe粉条件下不同焊接热输入量对FAB法埋弧焊接接头微观组织及力学性能的影响。8mm、12mm、15mm和20mm厚的FAB焊接接头焊缝组织都主要由先共析铁素体(GBF)、侧板条铁素体(FSP)和针状铁素体(AF)构成。随着焊接热输入量增加,晶粒尺寸变大,焊缝中AF含量减少,GBF和FSP含量增加。粗晶热影响区组织是粗大的奥氏体晶粒,晶内有大量细小板条状的贝氏体铁素体,细晶热影响区组织为铁素体+珠光体,并有少量细小贝氏体铁素体。FAB法埋弧焊接20mm厚DH36钢板时,热输入量最大,焊接接头的室温拉伸性能、-20°C冲击功、弯曲性能均无法满足使用要求。试验测定的焊接热影响区不同区域的热循环曲线表明,随着热输入增大,高温停留时间和冷却速率均有较大幅度增加。研究了稀土Ce元素对FAB法埋弧焊缝金属的组织与性能的影响。在FAB埋弧焊剂中加入不同含量CeO2粉,稀土Ce能够过渡到焊缝金属中对夹杂物进行改性,使夹杂物由Al2O3、Si O2、Ti2O3和MnS的复合物转变为Al2O3、SiO2、Ti2O3、MnS、Ce2O2S及CeS的复合物。稀土Ce的加入使焊缝金属中直径小于1.0μm的夹杂物比例明显增加,细小的夹杂物增加了焊缝中诱导AF的形核质点。含Ce夹杂物表层的Ce2O2S和CeS与α-Fe的错配度小是诱导AF形核的主要机理。Ce元素提高了焊缝中AF比例,降低了GBF和FSP比例,显著提高了FAB焊缝金属的抗拉强度、延伸率和低温冲击性能。当焊剂中CeO2含量为3.0 wt.%时,夹杂物密度最大,AF比例高达76%,FAB焊缝金属的抗拉强度高达582 MPa,延伸率为24%,-20°C的V型缺口冲击功高达142J。对FAB焊接熔池中含Ce夹杂物的析出条件及存在形式进行热力学计算。在焊接熔池中,O、S元素同时存在时,Ce总是先进行脱氧反应,Ce的脱氧产物仅有Ce2O3。Ce与S元素生成CeS还是Ce2S3取决于S元素的活度大小。当a[O]>0.13,a[S]/a2[O]<97.72时,生成夹杂物是CeO2。a[O]<0.13,a[S]/a[O]<12.59时,生成夹杂物是Ce2O3;当a[O]<0.13,12.59<a[S]/a[O]<263,或a[S]<0.51,97.72<a[S]/a2[O]<134896时,夹杂物是Ce2O2S。当a[S]>0.51,a[S]/a[O]>263时,夹杂物是Ce2S3。而当a[S]<0.51,a[S]/a2[O]>134896时,夹杂物是CeS。根据热力学计算结果,对FAB法埋弧焊缝金属中含Ce夹杂物类型进行判定,判定结果与试验测定结果一致。