随着中国制造2025的提出,技术创新、绿色发展成为制造行业的核心议题,产品的轻量化因为其具有节能减排特点,自然得到制造业的广泛青睐。金属三明治板即是一种两面板夹一芯板的新型轻量化空心夹层结构,凭借其比强度大、比刚度高的特性,在市场上已经得到广泛使用。目前市场上主要采用激光焊接方法加工制造三明治板,但三明治板激光焊接中芯板与面板T型接头连接宽度不足,导致T型焊接接头应力集中,三明治板强度和韧性下降。针对三明治板激光焊接这一问题,本文创新性的将焊剂片约束电弧技术应用到三明治结构的制造中来,提出了一种约束电弧塞焊生产高强钢三明治板的新工艺。本文详细研究了约束电弧塞焊工艺下BS960高强钢三明治结构特殊T型接头工艺影响因素。在排除装配精度及设备等对焊缝成形影响的前提下,采用简单对比实验法,通过大量的工艺性焊接试验,探究电流、电压、坡口装配间隙、焊丝运动精度等参数与焊缝成形之间的对应关系。研究发现:1.保证焊丝运动精度小于±0.5mm,可防止侧向焊漏现象产生;2.装配间隙5-6mm,焊接过程稳定,T型接头焊缝成形较好;3.焊接电流一定,随电弧电压增大,接头依次出现“未焊透”、“成形良好”、电弧再次攀升“未焊透”和“焊漏”的变化规律;4.固定电弧电压,焊接电流逐渐增大,T型接头的熔深和焊漏几率呈现阶梯式增长;5.获得了焊剂片约束电弧塞焊焊接T型接头工艺范围:电弧电压20-24V和焊接电流160-300A,在此工艺下可以获得完全熔透、质量可靠的焊缝。利用高速摄像技术研究了电弧燃烧形态和熔池变化过程,对焊缝成形机理进行探究,发现:1.焊剂片与电弧间的距离决定了焊接过程中的电弧形态及焊缝质量;2.焊剂片约束电弧塞焊工艺下,熔滴过渡形式为短路过渡,电弧呈上窄下宽的喇叭口形,利于熔滴输送和根部熔合;3.特殊的电弧形态和熔滴短路过渡综合作用使T型接头形成了典型的U型焊缝形貌。通过对T型接头进行金相显微分析和力学性能测试,研究发现:1.焊剂片约束电弧塞焊工艺下,T型接头母材区主要是条带状细晶粒珠光体和铁素体,焊缝组织是针状铁素体,熔合线附近产生了粗晶区,热影响区靠近焊缝区域存在一定量贝氏体、铁素体,热影响区靠近母材区域主要是珠光体和铁素体;2.T型接头焊后热影响区未出现软化现象,焊缝中心区域的硬度分布较稳定;3.弯曲试验和剪切试验均显示,焊剂片约束电弧塞焊焊接获得T型接头的力学性能显著优于激光焊接三明治板T型接头强度。