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新一代6901200 MPa超低碳贝氏体（ultra low carbon bainitc,ULCB）钢具有超细晶、高洁净度、高均匀性和高强韧性等特性,正逐步取代低合金高强（high strength low alloy,HSLA）钢应用于汽车、舰船、石油管道、海洋平台、航空航天等领域。然而由于焊接材料发展的滞后,高强钢缺乏与之相配套的等强韧性焊接材料,使其发展和应用受到限制。究其根本原因是以针状铁素体（acicular ferrite,AF）及Mn-Si、Ti-B为基础的690 MPa级以下熔敷金属强韧化理论已经不能指导或用于新一代高强钢熔敷金属的设计。金属粉芯焊丝具有合金成分调整容易,同时兼备实心焊丝的造渣少、扩散氢含量低,和普通药芯焊丝的高熔敷速度、电弧柔软、成型美观、低飞溅等优点,被广泛的应用在高强钢的焊接中。然而,目前关于800 MPa级以上高强韧性金属粉芯焊丝的研究报道较少。本文对800 MPa级高强钢金属粉芯焊丝熔敷金属复相分割微观组织及强韧化进行系统深入的研究,为解决制约6901200 MPa高强钢应用所急需配套的各类焊接材料及其熔敷金属强韧化提供新的理论依据和设计指导,对促进焊接冶金基础理论发展和扩大ULCB钢的应用具有重要意义。本文采用Design-Expert优化合金系、改变保护气体组成、外加超声振动等方法,研制出一种800 MPa级高强钢金属粉芯焊丝（AWS A5.28 E120C-K4）,具有优异的力学性能,尤其是低温冲击韧性和工艺性能。在此基础上,深入研究高强钢熔敷金属复相分割微观组织与强韧化之间的关系。主要结论如下:1.采用Design-Expert优化设计软件对800 MPa级高强钢金属粉芯焊丝熔敷金属合金系进行了优化设计,确定了熔敷金属的主合金系为Mn-Si-Cr-Mo-Ni,微量元素为Zr-Ti-Ce。Design-Expert优化预测值与试验实测值达到很好的吻合,所研制的3-17号焊丝熔敷金属的抗拉强度915 MPa,屈服强度800 MPa,伸长率16.8%,-40°C冲击吸收功平均值97 J。2.研究了四种保护气体组成95%Ar+5%CO2、90%Ar+10%CO2、80%Ar+20%CO2和75%Ar+25%CO2对熔滴过渡形态和电弧稳定性的影响。结果表明:随着保护气体组成中CO2含量的增加,焊丝熔滴过渡形态由射滴过渡向粗滴（下垂滴状、排斥滴状）或爆炸过渡转变,熔滴过渡的稳定性降低;电弧电压u（t）和焊接电流i（t）概率密度分布均为正常燃弧的单驼峰曲线,曲线越向中间收敛,标准偏差和变异系数越小,电弧越稳定;在95%Ar+5%CO2、90%Ar+10%CO2保护气体组成中电弧稳定性较好,在80%Ar+20%CO2保护气体组成中电弧稳定性较差,其中在90%Ar+10%CO2保护气体组成中四种焊丝焊接工艺性能由好到差的顺序为Q1、Q4、Q3、Q2,Q1（即3-17号）焊丝具有优异的焊接工艺性能。3.研究了四种保护气体组成95%Ar+5%CO2、90%Ar+10%CO2、80%Ar+20%CO2和75%Ar+25%CO2对熔敷金属微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着保护气体组成中CO2含量的增加,电弧气氛的氧化性增强,熔敷金属中O含量升高,合金元素含量降低,熔敷金属的抗拉强度由915 MPa降至870 MPa,-40°C冲击吸收功平均值由97 J升至125 J且分散度增大;单道焊焊缝金属几何形状由细长玻璃杯状向指状和盆状转变;冲击断口放射区中准解理断面变小并被周边细小的韧窝包围,纤维区中韧窝由等轴韧窝变为撕裂韧窝;熔敷金属微观组织由以蜕化上贝氏体（degenerate upper bainite,DUB）和粒状贝氏体（granular bainite,GB）为主向以AF和GB为主转变;90%Ar+10%CO2保护气体组成对熔敷金属获得最佳强韧性匹配和低分散度最为有利,此时熔敷金属的抗拉强度898 MPa,屈服强度810 MPa,伸长率18.4%,-40°C冲击吸收功平均值104 J。4.研究了接触式和非接触式超声振动对熔敷金属微观组织和冲击韧性的影响。结果表明:外加超声振动时,单道焊焊缝金属鱼鳞纹明显,焊缝几何形状呈玻璃杯状且对称性较好,填充金属熔化面积增大;单道焊接时,超声振动可有效破碎焊缝金属中粗大组织,形成细小的等轴晶粒;多层多道焊接时,超声振动可使熔敷金属的微观组织由以DUB、GB、AF为主向以AF、GB为主转变,复相分割程度增大,晶粒细化,熔敷金属的冲击韧性提高且分散度降低;与未加超声振动相比,接触式和非接触式超声振动可分别提高-40°C冲击吸收功平均值34 J、22 J,其中接触式超声振动细化晶粒提高冲击韧性效果更明显。5.研究了800 MPa级高强钢金属粉芯焊丝熔敷金属的复相分割微观组织及强韧化机制。结果表明:复相分割微观组织可有效细化晶粒,使熔敷金属获得最佳强韧性匹配,该组织中AF和GB在固态相变过程中先于DUB和马氏体（martensite,M）形核,将原奥氏体分割成若干区域,而DUB和M随后在被分割的奥氏体亚区域内形核并长大,形成了在一个原奥氏体晶粒内部出现DUB、GB、AF、M复相分割组织,其中DUB和M充当主要强化相,GB和AF充当主要韧化相;在熔敷金属抗拉强度大于800 MPa时,微观组织主要由DUB和GB的贝氏体组织组成。