双金属复合管作为异种金属连接在油气管道方面的典型应用,由于其优异的综合性能和廉价的成本,近年来发展迅速。但异种金属焊接接头由于母材与焊缝之间物化性能差异较大,不可避免的在接头处产生应力集中进而促使裂纹的萌生和扩展。因而,了解异种金属焊接接头的组织性能变化和断裂行为,对油气管线的安全评估以及安全运行具有十分重要的意义。本文针对以lnconel625焊丝为填充材料的L360MS管线钢焊接接头,就其微观组织、力学性能以及疲劳扩展行为等展开研究,所得主要结论如下:(1)采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析了焊接接头各区域的组织结构、成分变化。结果表明,L360MS管线钢焊接接头各区域微观组织呈现不均匀性。母材为带状的珠光体和铁素体;焊缝包括柱状奥氏体和等轴奥氏体。在邻近熔合线的位置还发现了 TypeⅠ边界和Type Ⅱ边界;热影响区(HAZ)包括粗大的铁素体、珠光体与板条马氏体组成的粗晶区,和均匀细小的铁素体、珠光体组成的细晶区。母材与焊缝界面存在明显的元素浓度梯度,且在Type Ⅱ边界上存在另一个显著的元素浓度变化:Fe和Cr的含量略有降低,Mo、Nb、S的含量突增,表明Type Ⅱ边界具有较低的耐腐蚀性能。(2)利用显微硬度仪、万能拉伸试验机测试了焊接接头的力学性能。结果表明,焊接接头的硬度分布不均匀性明显,L360MS母材的的硬度大约在170～185HV,焊缝的硬度大约在220～250HV。焊缝与母材的界面处出现了硬度跳跃的区域,焊接接头硬度的最高值出现在邻近熔合线焊缝的富碳区,最低值出现在HAZ的高温回火区。L360MS管线钢焊接接头的平均屈服强度和平均抗拉强度分别为463MPa和557MPa,拉伸试样的断裂位置均位于母材上,焊接接头呈现高强匹配状态。(3)利用疲劳试验系统针对焊接接头的各区域母材、HAZ和焊缝,分别采取CT试样进行疲劳裂纹扩展试验,并拟合出了各区域试样的a-N曲线以及各区域的疲劳裂纹稳定扩展阶段的速率方程,并求得各区域的材料常数C和n值。根据各组试样所获得的疲劳裂纹扩展速率方程粗略估计了焊接接头各区域的剩余疲劳寿命,分别为:母材15.4年;热影响区10年;焊缝214.8年。结果表明HAZ是L360MS管线钢焊接接头疲劳性能最为薄弱的区域。(4)采用OM和SEM对母材、焊缝和HAZ的疲劳裂纹扩展路径进行观察分析。结果表明,L360MS管线钢母材中的疲劳裂纹主要以沿晶和穿晶方式进行扩展。焊缝中疲劳裂纹扩展路径由于等轴奥氏体和多层焊道对裂纹扩展具有较大的阻碍作用而相对曲折。针对裂纹扩展速率略低于母材的HAZ试样,观察结果表明疲劳裂纹在HAZ的细晶区扩展;针对裂纹跨过焊缝熔合线扩展的HAZ试样,采用电子背散射衍射(EBSD)技术对裂纹周围的相分布、晶粒取向差、局部取向差、晶粒尺寸等晶体学信息进行扫描分析。结果表明,该疲劳裂纹沿着焊缝中高角度的Type Ⅱ边界和Type Ⅰ边界曲折扩展进入HAZ。(5)利用SEM对焊接接头各区域试样试验后的疲劳断口进行了观察分析。结果表明,母材和HAZ试样的疲劳断口形貌非常相似,都包含大量的疲劳台阶和二次裂纹,均未见疲劳条带。对于焊缝试样的断口,裂纹初期具有河流、撕裂棱等类解离特征;裂纹稳定扩展阶段出现大量疲劳条带;进入快速扩展区时,同时遵循着滑移机制和韧窝形成机制,失稳扩展阶段呈现单一的韧窝型韧性断裂特征。