GH4169镍基高温合金能够在较大的温度范围内具有良好的综合力学性能,应用领域十分广泛。焊接工艺直接影响焊接结构的宏观温度场分布,并对焊接接头的微观组织和力学性能产生深刻的影响,最终决定着焊接产品的质量。本文对GH4169镍基高温合金薄板进行MIG焊接正交试验,完成了三维焊接宏观温度场模拟,进行了二维焊接熔池凝固过程微观组织模拟,研究了焊接接头的显微组织与力学性能,并优化了焊接工艺参数。首先,针对GH4169镍基高温合金MIG焊接过程,建立了三维温度场有限元模型,实现了宏观温度场模拟。分析了焊接温度场随时间的变化以及沿焊接方向、垂直焊缝方向和厚度方向的分布规律,研究了焊接电流和焊接速度对温度场分布的影响规律。其次,针对GH4169镍基高温合金焊接熔池凝固过程,采用元胞自动机法,根据枝晶形核与生长动力学以及溶质扩散方程,考虑形核位置和结晶取向的随机性,建立了二维枝晶生长模型。研究了焊接熔池结晶形态的影响因素以及焊缝结晶组织的分布。分别对焊接熔池中心区域的等轴晶生长和焊接熔池边缘区域的柱状晶生长进行模拟,获得了枝晶生长形态与溶质浓度分布的演变过程,并分析了沿等轴晶中心线的溶质浓度分布规律。进一步针对GH4169镍基高温合金MIG焊接头,分析了不同工艺参数下的焊缝宏观形貌。采用金相试验观察接头显微组织,母材组织主要由?基体、??相、??相、?相和碳化物所构成;焊缝中心为晶粒细小的等轴晶区;焊缝边缘是晶粒粗大、具有明显生长方向的柱状晶区;热影响区发生晶粒粗化,范围较窄且区域划分比较模糊。通过扫描电镜与能谱分析,研究了接头的成分含量分布。进行室温拉伸和显微硬度试验,测试了接头的抗拉强度、断后伸长率和显微硬度等力学性能。说明了焊接热输入、焊接电流、电弧电压与焊接速度等工艺参数对接头力学性能的影响规律。最后,根据焊接工艺参数对温度场分布和接头力学性能的影响规律,获得了优化的工艺参数,即焊接电流为55 A,电弧电压为18 V,焊接速度为0.30 m/min,焊接热输入为1.98×10~3 J/cm。