低合金高强钢因其优异的力学性能和良好的焊接性而广泛应用于船舶、管道传输、重型机械及海洋平台等领域。随着这些工业领域的快速发展,焊接技术已经成为大型钢结构连接中不可替代的工艺,但焊接接头往往是整个焊接结构的薄弱点。通过对上世纪焊接结构断裂失效事故的分析可知,对材料焊接性认识不足,导致焊接接头热影响区出现冷裂纹,是造成断裂事故的主要原因。因此,本文以斜Y型坡口焊接冷裂纹试验为基础,对Q690高强钢的焊接性进行评价,并通过热弹塑性有限元法对焊接试验进行仿真,从有限元仿真与焊接冷裂纹试验结合的角度,系统地剖析了焊接工艺参数(焊接线能量、预热温度)对焊后残余应力分布的影响,同时对冷裂纹形成的过程也做出解释。其主要研究内容如下:(1)采用埋弧焊工艺,以三种不同的焊接线能量(0.92kJ/mm、1.38kJ/mm、2.05kJ/mm)为研究变量,进行斜Y型坡口焊接冷裂纹试验。试验结果表明,只有焊接线能量为0.92kJ/mm、1.38kJ/mm时,在焊接热影响区出现宏观冷裂纹。采用埋弧焊工艺,焊接线能量控制在在1.38～1.54kJ/mm范围内,即可满足一般工程需要。通过对焊接冷裂纹形貌观察可知,冷裂纹启裂于焊接热影响区粗晶区,逐渐向中心扩展。(2)应用热弹塑性有限元法对焊接冷裂纹试验进行数值模拟。采用双椭球热源模型,以预热温度及焊接线能量为变量,对焊接温度场进行模拟。利用宏观金相法对热源模型形状参数进行校核,获得准确的焊接温度场分布。在焊接温度场的基础上,对焊接应力场进行数值模拟。仿真结果表明,焊接残余应力主要集中在起弧段和收弧段的焊根及热影响区处,且直Y型坡口侧焊根残余应力高于另一侧。随着预热温度升高,焊接残余应力在焊缝根部及热影响区集中程度明显增加;增大焊接线能量可有效降低焊缝根部残余应力集中程度。预热温度及焊接线能量对横向残余应力的影响程度较大,对纵向残余应力影响程度较小。此外,通过对焊缝根部的等效残余应力分析可知,粗晶热影响区的残余拉应力明显高于其它区域,这与试验观察到的结果(冷裂纹启裂于焊接热影响区粗晶区)高度一致。