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海洋钻井平台作为海上作业的主力装备,其设计建造水平的高低在一定程度上反映海洋装备能力的强弱。桩腿齿条是平台最为核心的部件,直接影响平台的升降安全和使用效果。目前,我国针对桩腿齿条的焊接主要采用手工焊的传统方法,焊接工序多、工时长、效率低下,高效焊接方法的开发具有十分重要的意义。为此,本文研究了一种针对海洋钻井平台桩腿齿条用厚板高强钢高效焊接新方法—机器人双面双弧摆动立焊,打底焊采用双面双弧非对称焊接,填充焊采用双面双弧对称焊接,工艺免除清根程序,效率大大提高。厚板摆动立焊过程中,受重力影响,熔滴过渡行为更为复杂,焊缝成形控制更加困难,容易出现侧壁未熔合和根部未焊透缺陷。为此,本文针对厚板摆动立焊过程中的熔滴过渡行为,焊接工艺参数优化,接头微观组织和力学性能的关系等开展系统的研究。通过对比分析立焊摆动和不摆动两种条件下的熔滴过渡行为,深入研究了摆动立焊熔滴过渡特性,实现熔滴过渡稳定性控制。基于静力平衡理论,诠释了摆动惯性力对熔滴过渡的影响机制。研究结果表明,电弧摆动能加速焊接过程中的熔滴脱落,促进熔滴过渡,提高熔滴过渡过程稳定性。焊枪倾角为45°时,熔滴过渡形式为一脉多滴,过渡频率较快;倾角为85°时,熔滴过渡形式为一脉一滴,过渡过程稳定。摆动幅度增加,根部熔滴过渡频率逐渐减小,侧壁熔滴过渡频率则逐渐增大,熔滴平均直径变化不大,根部略微增大,侧壁略微减小。摆动频率为0.6Hz和1.2Hz时的熔滴平均直径和过渡频率变化不大。当摆频增大到1.8Hz时,熔滴过渡频率显著增加,熔滴直径减小。停留时间主要影响侧壁的熔滴过渡形式和熔合状态。停留时间增加,根部和侧壁的熔滴过渡频率均呈现出先减小后增大的趋势,停留时间对熔滴直径的影响不大。摆动幅度和侧壁停留时间主要影响侧壁熔合状况。摆动频率是影响熔滴落点的主要因素,调整摆动频率可改变熔滴受力,实现熔滴的稳定过渡,解决厚板焊接根部未焊透和侧壁未熔合问题。本研究中在焊枪倾角85°,摆频1.2Hz,摆幅1.5mm,停留时间0.5s时,熔滴过渡过程最为稳定。通过局部坐标变换建立了摆动电弧焊接双椭球热源模型,通过FORTRAN语言编制移动热源子程序,运用ABAQUS有限元分析软件实现了双面双弧多层多道焊的温度场和应力场数值模拟计算。研究结果表明,双面双弧打底焊道的应力值高于填充焊道,容易在根部出现较大应力集中,在多层多道焊接中最为关键。深入研究了电弧间距、不同焊接热输入和预热温度对双面双弧打底焊温度场和应力场的影响。结果表明,电弧间距与焊后残余应力和变形为非线性关系,弧间距为40mm时可获得较低的应力和变形;总热输入不变,适当增大前电弧功率,减小后电弧功率可有效降低应力和变形;双弧不预热时的t8/5和t8/3值大于单弧预热100℃时的值,说明双弧焊接时,焊缝区扩散氢具有更多的逸出时间,抗冷裂性能更好。开展双面双弧摆动立焊工艺参数对焊缝成形的研究,采用支持向量机SVM方法对不同摆动参数下的焊缝形状进行建模预测,结合粒子群优化PSO算法实现对工艺参数优化。结果表明,摆幅增大,焊缝表面余高先减小后增大,侧壁平均熔深基本呈增加趋势;摆频增大,焊缝表面余高先减小后增大,侧壁平均熔深先增大后减小;停留时间增加,焊缝表面余高和侧壁平均熔深均逐渐增大。基于SVM预测模型,结合粒子群PSO算法,建立优化模型可得到最佳的焊缝形状,获得最优的焊接工艺参数。当摆动幅度为1.523mm,摆动频率为1.302Hz,停留时间为0.541s时,得到的焊缝表面余高为0.754mm,侧壁平均熔深为2.663mm,使目标函数HF（x）最小。在工艺参数优化的基础上,结合机器人摆动立焊特点,对厚板多层多道焊焊道排布进行研究,得到成形良好,无焊接缺陷的厚板双面双弧摆动立焊焊接接头。采用机器人双面双弧摆动立焊,每边四层六道的工艺完成了50mm厚DILLIIMAX 690E高强钢多层多道焊,接头整体呈“束腰状”特征。由于接头不同区域所经历的焊接热循环不同,造成打底层和填充层的几何形状和微观组织均表现出一定的差异性,进而影响接头不同区域的力学性能。打底层焊道接头区域经历双电弧共同作用,熔深较深,熔宽较小,表现出双弧焊特征,为双弧作用区;填充层焊道接头区域熔深浅,熔宽大,表现出单弧焊特征,为单弧作用区。接头硬度值整体表现为热影响区最大,焊缝次之,母材最低。层与层之间重熔区的硬度值较焊缝有所降低,且单弧作用区硬度值高于双弧作用区。双弧作用区的平均抗拉强度为920.28MPa高于单弧作用区908.90MPa,其断后延伸率为18.8%也高于单弧作用区17.7%。双弧作用区的低温冲击功为95J高于单弧作用区79J。双弧作用区的平均晶粒尺寸为2.25μm小于单弧作用区的2.72μm。双弧作用区的大角度晶界（>15°）百分比为41.06%高于单弧作用区38.79%。研究表明,双弧作用引起的晶粒细化和高比例的大角度晶界（>15°）是双弧作用区的冲击韧性高于单弧作用区的主要原因。