马氏体沉淀相不锈钢由于具有较高的抗拉强度、良好的韧性和耐腐蚀性能等特点,所以被广泛应用于航天航空、核工业和海洋平台等恶劣环境。该材料在焊接时容易出现焊接接头的软化和耐蚀性降低,鉴于中厚板的广泛使用,本文以8mm厚的15-5PH板材为研究对象,选用高效的K-TIG焊接方法,采用钨粉为示踪剂,借助示踪法研究K-TIG焊接熔池的流动行为,通过改变焊接电流和焊接速度探讨热输入对焊接接头组织和性能的影响,并研究焊后热处理工艺对焊接接头组织和性能,为获得最佳焊接接头提供理论和试验上的支持。在熔透的理想状态下,依据粘性流体力学建立了熔池的流体动力学数学模型,通过对熔池的粘性流体力学计算发现,K-TIG焊接熔池由三个区域组成,熔池上部为受表面张力影响而产生的马格兰尼对流圈,熔池下部为受表面张力与洛伦兹力共同影响而产生的对流圈,以及中间的过渡区域。采用钨粉为示踪剂,对焊缝组织中钨粉的分布状态进行分析,钨元素在焊缝组织中呈现明显的环状分布,证明本文建立的数学模型是正确的。本模型认为K-TIG焊接时采用较大的焊接热输入可以减少焊缝中的气孔。15-5PH不锈钢的K-TIG焊的焊缝组织为马氏体和少量的ε-Cu,Nb C等相,热影响区则出现少量的逆转变奥氏体。焊接接头的硬度分布为U型,热影响区为焊接接头的软化区。在本试验条件下,当焊接热输入在20k J/cm～26k J/cm之间时,焊缝成型性良好,但随着热输入的增加,焊接接头的力学性能下降,抗拉强度由母材强度的98%下降到90%,冲击功则随焊接热输入的增加,冲击功30J上升到38J后又下降到34J。焊接接头的耐点蚀能力较差,在热影响区靠近母材部分存在较严重点蚀区域。分析认为较低的焊接热输入的焊接接头具有更优的综合性能。焊后对焊接接头进行1050℃,1h的固溶处理,发现可消除焊接接头热影响区的点蚀与软化区;固溶之后,再经过480℃,4h的时效处理,发现焊缝与热影响区组织均为马氏体+少量的逆转变奥氏体,焊接接头的综合性能优于母材,强度为母材的103%,韧性为母材的114%。