目的及意义：

随着国民经济的飞速发展，各行各业都呈现出欣欣向荣的局面，但我们看到在繁荣的背后同时暴露出了一些问题：各行各业都在消耗大量的能源及资源，全球资源减少的同时污染日益严重。国家已经认识到了一些问题的严重性，中央已明确提出各行业要节约20%的能源、20%钢铁，要求从源头做起。对于我们钢铁使用单位都必须减少用钢量，减少用钢量的有效途径是提高钢的强度，所以在今后的日子里，高强度会逐步替代目前大量采用500MPa级以内的低强钢[¹]。

而结构钢强度不断提高，强度提高带来的焊接冷裂纹倾向大、焊缝金属韧性下降的问题日益显得突出，很大程度上制约了高强钢的应用。为解决该焊接难题，材料界提出了结构钢的焊接匹配的课题。对于焊接接头，焊缝金属与母材在强度上存在三种组配关系:等强匹配(焊缝强度等于母材)、高强匹配(焊缝强度高于母材)及低强匹配(焊缝强度低于母材)。长期以来，虽然实际焊接结构的设计、焊接工艺制定及焊接材料选择基本以等强匹配为主，但一些研究人员提出了高强匹配焊接技术，而有些研究人员则认为低强匹配更易获得优质焊接接头。中国船舶重工公司第七二五研究所王任甫等人经分析认为低强匹配焊接技术能较好的控制焊接冷裂纹的产生并保证接头的抗断性能。虽然高强匹配焊接技术通过提高焊缝金属的强度可以降低位于焊缝中的裂纹的扩展驱动力，从而提高焊接接头抗断能力，但前提是接头总体韧性处于较高水平。随着结构钢强度的提高，焊接冷裂纹敏感性增大、焊缝韧性降低，焊接难度增大。相反，采用焊接裂纹敏感性相对较低、焊缝金属塑韧性相对较高的低强匹配焊接技术能较好的控制焊接冷裂纹的产生并保证接头的抗断性能。从大量的研究结果与实际工程经验来看，低强匹配是解决高强钢焊接难题的有效途径。

另有相关研究分别采用高、低匹配焊接材料对 Ｇ１１５钢和 Ｔ９２钢进行了异种钢焊接，研究了高、低匹配 对这两种接头显微组织和力学性能的影响。结果表明：两种接头的焊缝和热影响区组织均为典型的回火马氏体，高匹配接头中Ｔ９２钢侧熔合线附近的δ －铁素体含量高于低匹配接头中的，平均体积分数 均低于０． ３％；高匹配接头Ｔ９２钢侧、低匹配接头Ｇ１１５钢侧熔合区均存在钨、钴、钼、铜元素稀释现象； 两种接头的截面显微硬度均呈“Ｗ”形分布，高匹配焊缝的硬度波动较大；低匹配接头的室温和６５０℃ 抗拉强度、屈服强度高于高匹配接头的，两种接头焊缝处的冲击韧性均最差；高匹配接头焊缝的冲击 断裂机制为准解理断裂机制，低匹配接头焊缝的为微孔聚集断裂和准解理断裂的混合断裂机制[²]。

还有研究人员通过采用有限元方法研究了焊后拉伸条件下高强度钢等匹配和低匹配对接接头内部应力的变化情况． 结果表 明，焊后横向和纵向拉伸载荷增至临界失效载荷期间，等匹配和低匹配接头的焊缝区和母材区应力均一直持续增 加，但焊缝及近缝母材区应力在焊接残余应力基础上的增加较远端母材区缓慢; 最终近缝母材区的应力明显高于 远端母材区，未表现出内应力完全调匀的特征;这意味着由于焊接残余应力的存在，高强度钢宽板等匹配焊接结构 的静载强度可能略有损失，而高强度钢宽板低匹配焊接结构更将在焊缝低强的影响下损失更大的静载强度。[³]

高强钢的大量使用所带来的相关冷裂纹的问题，需要研究低匹配焊接方法能否应对这个问题。因此本文通过研究低合金高强钢13MnNiMoR的低匹配焊接接头和其等强匹配接头焊接残余应力分布以及其焊接热循环过程中的相关组织变化来形成对比，由相关研究表明异种钢的焊接裂纹位于焊接接头热影响区相变区，并表现为沿晶和穿晶混合型裂纹，裂纹处热影响区硬度值偏高，焊接接头硬度偏高处存在较大残余应力。裂纹产生原因为焊接热处理温度选用不当，造成材料性能出现异常，在残余应力作用下，出现疲劳裂纹。[⁴]从中分析得出可以通过分析焊接残余应力的分布来判断裂纹出现的情况。而如果研究能证明低匹配方式能降低高强钢焊接冷裂纹的问题，那么对于压力容器等相关高强钢的焊接事业将是一个巨大的贡献，并能促进传统焊接行业的发展。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施：