随着全球能源利用与生态环境之间的问题日益突出,风能等绿色清洁、可再生新型能源的开发、利用已受到世界各国的重点关注。海洋资源开发领域尤其是海上风电技术的迅猛发展,对调整能源产业结构、引领技术创新做出了重要贡献。为了进一步满足当前海上风电发展需要,加快推进海上风电产业布局,针对目前海上风电塔筒主要依靠埋弧焊、气体保护焊等传统连接技术,存在制造工序繁琐、焊接效率与智能化程度低等方面问题,加快提升风电装备连接制造能力与水平已迫在眉睫。本文提出一种新型高功率双束激光-MAG复合焊接技术,提高焊接效率的同时增大了焊接过程的稳定性,是厚板焊接的有效方法之一。利用激光功率为万瓦级的双束激光-MAG复合焊接技术对厚度为27 mm的Q355ND钢进行堆焊工艺试验,通过单因素控制变量法和正交试验探究了在综合条件下工艺参数对焊缝成形质量、熔深熔宽的影响。通过分析焊缝缺陷分布及形成原因,提出工艺参数、坡口等相关优化措施并进行试验验证分析。正交试验结果表明,以焊接速度与送丝速度为主的工艺参数组合显著影响焊缝成形质量,确定了有利于焊缝熔深、熔宽的最佳工艺参数组合。在激光总输出功率不变的情况下,随着双光束能量比的增加,焊缝熔深呈先减小后增大的趋势,当能量比为0.75时,焊缝熔深最佳。能量比对熔宽的影响较小。焊缝主要存在的缺陷有飞溅、气孔、缩孔、裂纹等。气孔主要分布在焊缝表面中心、焊缝横截面上部的电弧主作用区,缩孔或裂纹主要分布在焊缝横截面下部激光主作用区。正交试验发现,与其他水平相比,离焦量为+5 mm的焊缝缩孔及裂纹缺陷较少,同时降低保护气体流量有助于减小缩孔尺寸。优化的工艺参数为:激光总输出功率23 k W,双光束能量比0.6,焊接速度0.7 m/min,离焦量-2 mm。对27 mm厚板进行对接焊,获得单面焊双面成形良好、无缺陷的对接接头。对接头的分析结果表明:室温下母材与焊缝的基体相均为α铁素体,焊接接头熔合线附近区域元素均匀分布,未出现元素迁移,焊缝区存在尺寸较小的第二相粒子。对接接头焊缝区显微组织主要为铁素体和贝氏体,热影响区的粗晶区内组织主要由粗大的板条马氏体和少量的贝氏体组成。硬度峰值出现在靠近熔合线的热影响区内,焊缝区的硬度值高于母材。焊接接头室温拉伸断裂位置均位于母材区域,平均抗拉强度为523 MPa,断口截面收缩并存在大而浅的韧窝,其断裂模式为韧性断裂。焊缝中心、热影响区、母材在-20℃条件下低温冲击功均满足标准要求。其中母材与热影响区为韧性断裂,焊缝中心为准解理断裂与韧性断裂的混合模式。焊接接头焊缝区域与母材区域耐腐蚀性能差别较小。