K-TIG焊是一种新的匙孔电弧焊接工艺,通过较大的焊接电流产生具有穿透力的电弧,实现穿孔焊接。目前已有的研究主要集中在6-12 mm厚的不锈钢板和钛合金,对于厚度较小的板材,小孔的稳定性会变差,容易出现穿孔不稳定甚至焊漏的问题。而如果能通过K-TIG焊接工艺,实现3 mm厚的945高强钢的稳定焊接,将很大程度节省时间成本和加工成本,提高生产效率,对推动国内船舶制造的发展具有重要意义。本课题针对3 mm厚945高强钢,进行K-TIG焊接工艺研究,旨在探究影响3 mm厚K-TIG焊接稳定性的影响机理,进而拓宽K-TIG焊的适用范围。首先,针对3 mm厚的945高强钢,开展了K-TIG焊平板堆焊和对接焊接工艺试验,得到了稳定穿孔的工艺区间,对接时焊接速度在650～700 mm/min,焊接电流在355～370 A时,可以稳定穿孔。焊接过程中小孔稳定,但是存在咬边问题。焊接过程中,通过双面视频摄像观察小孔动态变化并对小孔出口进行了特征参数提取。研究发现,在一定焊接速度下,焊接电流过小,会导致不穿孔,或者小孔逐渐变小或闭合,之后不再穿孔。而焊接电流过大,会导致小孔逐渐变长,之后不穿孔或间隔穿孔,甚至出现切割状态。稳定穿孔后,焊缝深宽比相较于未穿孔时增加了41.4%。研究发现,小孔出口的尺寸与小孔稳定性有重要关系。焊接电流主要影响小孔出口沿焊接方向的长度a,而宽度b变化并不大。a随焊接电流的增大而增大,a过大后就会导致穿孔的中断。稳定穿孔的小孔出口的长度在5～7 mm的范围内波动。然后,对不同焊接参数的高强钢K-TIG焊接接头进行了组织表征和力学性能测试。研究发现,焊缝中组织以粒状贝氏体和条状贝氏体为主,还有少量板条状马氏体和残余奥氏体。焊缝硬度的波动很大,在240～300 HV之间。熔合区和过热区晶粒严重长大,组织主要是粒状贝氏体,条状贝氏体和残余奥氏体。相变重结晶区的组织为片状珠光体和粒状珠光体,不完全结晶区为粗大的铁素体。热影响区在熔合线附近硬度比较高,距离焊缝越远硬度逐渐降低。对接试样均断裂在母材位置,抗拉强度均在530 MPa以上,达到了母材强度的90%以上,而伸长率在10%～18%的范围,远低于母材的伸长率,断裂方式为微孔聚集型延性断裂。最后,为进一步探究K-TIG焊接机理,对K-TIG焊接电弧行为进行了数值模拟,对比了未穿孔和穿孔两种状态下的电弧特性,并进一步探究了焊接参数对电弧特性的影响。研究发现,K-TIG焊接中,穿孔后对电弧的改变主要体现在阳极附近区域。穿孔后,弧柱区电势梯度减小,高温等离子体从小孔高速流出,阳极表面中间温度升高,两边温度降低。阳极表面受电弧压力最大点在小孔上壁面上,为420Pa。焊接电流的增大以及钨极尖端角度的较小,均会导致电弧等离子体的温度和速度增大,弧柱区电压增大,小孔内壁所受电弧压力增大。而钨极尖端高度的增大,会导致电弧中心位置温度降低,两侧远离中心位置温度升高,轴向温度梯度减小,弧柱区电压增大,小孔内壁所受电弧压力减小。保护气流量的大小对电弧特性影响不大。