深远海舰船、极地船舶使用特种钢制造船体结构。舰船特种钢中合金元素的含量高，焊接裂纹敏感性高，而且合金元素的烧损、相结构及分布规律对于焊缝力学性能有着至关重要的影响。研究焊接裂纹的形成机理、焊缝微观组织演变规律和力学性能是舰船安全性定量评估的关键。

围绕该研究方向，实验室设计搭建了国内先进的舰船特种钢焊接实验平台，以Invar钢、9Ni钢、304不锈钢和316L不锈钢等舰船特种钢为例，完成了焊接实验、裂纹敏感性实验评估及计算、微观组织分析和力学性能测试等研究工作。提出调控焊缝金属冷却过程中的温度梯度和冷却速率的方法，有效降低了焊接裂纹敏感性，并对TIG焊、MIG焊、等离子弧焊和激光焊的焊缝微观组织特征进行了分析。研究了焊缝金属冷却凝固过程中液-固相界面溶质分配及晶粒长大的微观过程，建立了宏观工艺参数与微观组织之间的关系。对建立在稳态铸造条件下的裂纹敏感性计算方法进行改进，建立了焊接非稳态条件下的裂纹敏感性计算方法。研究成果在美国船舶与轮机工程师协会主办的SCI期刊《Journal of Ship Production and Design》录用和发表的文章5篇，并授权国家发明专利1项。

舰船特种钢焊缝凝固过程的材料本构关系尚不清楚，焊接裂纹形成机理和微观组织演变过程缺少直接观测的实验依据，晶粒长大和焊接裂纹特征参数缺少定量计算方法。开展特种钢高温压缩本构关系模型的研究，使用相场法定量计算焊缝金属液-固相界面的凝固行为，通过原位观察实验直接观测晶粒长大和形成裂纹过程的特征参数，深入研究舰船特种钢焊接裂纹机理并建立定量评估方法。

重点研究内容：

1）舰船特种钢高温压缩本构关系模型；

2）焊缝金属液-固相界面的凝固行为及特征参数计算；

3）晶粒长大和裂纹形成过程的原位观察；

4）舰船特种钢焊接裂纹机理和定量评估方法；

5）舰船特种钢不同焊接方法的焊缝微观组织和力学性能评估。