冷裂纹是焊接中比较常见的一种缺陷。由于冷裂纹具有延迟特性,所以给检测和预防带来困难,也为焊接结构和承载设备的使用带来安全隐患。冷裂纹的产生与焊接过程的冶金和力学因素有关,所以冷裂纹的形态与产生条件之间有直接的联系。从焊接冷裂纹的微观形态、起源、扩展以及影响因素进行深入分析,了解冷裂纹形成及扩展机理,制定有效的冷裂纹监测预报方法,对保障工程结构焊接质量和安全使用具有重要意义。本文以焊接冷裂纹为研究对象,分析焊接冷裂纹形成机理,以15CrMo R材料斜Y型坡口试件为例,采用声发射检测技术开展焊接冷裂纹形成过程中声发射信号特性的实验研究。通过对比分析有无冷裂纹产生时的声发射信号规律,并结合15CrMo R试件断口图像分析结果,提取了焊接冷裂纹声发射的“全程特性”。利用AE信号特征参数统计分析法,获知在冷裂纹形成过程中微裂纹汇聚阶段释放的AE信号能量和活性最高的“阶段特性”。依据冷裂纹起裂及扩展过程中起裂信号能量、幅值特征参数衰减规律,结合冷裂纹形成机制,揭示了冷裂纹延迟扩展特性机理。同时,通过不同板厚和不同拘束焊缝长度实验试件组声发射监测数据对比分析,可知随着板厚和拘束焊缝长度的增加冷裂纹敏感倾向增大,同时声发射信号强度和活性增加。应用声发射源定位方法对冷裂纹起裂及扩展过程中起裂信号进行定位,获知冷裂纹在实验焊缝末端起裂,并逐渐向焊接初始端扩展的规律。利用ANSYS软件进行15Cr Mo R斜Y型坡口试件焊接实验数值模拟,分析试件焊后残余应力分布和变化规律,验证了声发射检测技术对冷裂纹起裂位置和扩展方向的检测结果。最后,通过采用连续小波变换和高阶谱分析方法,获取了冷裂纹形成过程中典型声发射信号波形和频谱特征,依据此特征可有效地将冷裂纹起裂及扩展过程中的起裂信号与不同阶段的其它信号进行区分。