X120管线钢市场前景广阔,将在未来的管线建设中广泛使用,然而采用普通电弧焊接方法难以满足组织和性能要求,同传统的电弧焊接相比,激光电弧复合焊的热源能量密度集中,热输入量小,因而热影响区小,焊接残余变形及残余应力小,焊接接头的力学性能优异。因此开发优质、高效的焊接新技术及制造工艺是非常紧迫的任务。基于激光复合焊热源的特点,建立双椭球体热源+锥形体热源的复合焊热源模型,进行温度场和应力场数值模拟,温度场模拟结果显示,激光复合焊接加热速度快,高温停留时间短,淬硬倾向大。应力场模拟结果表明,横向应力小于材料的屈服强度,纵向残余应力超过材料的屈服强度,U型坡口比带矩形的V型坡口的横向残余应力值稍大,但两坡口的纵向残余应力值相差不大。因此,为了降低热影响区的淬硬倾向和焊接接头的残余应力,需要对焊件进行焊前预热和焊后缓冷。采用热模拟设备建立了常规热处理条件下的CCT曲线和激光复合焊接条件下的SHCCT曲线。综合对比CCT和SH-CCT试验结果表明,快速加热使Ac1和Ac3相变线有所提升,高温停留时间短使组织中存在球状析出物,为后续的贝氏体转变提供核心。此外,母材本身含碳量少加上奥氏体成分均匀化低,提高了马氏体相变温度Ms点,进而扩大马氏体转变温度范围。从Ms点到室温范围内,缓冷无法减少马氏体的数量,但是可以通过缓冷延长马氏体组织发生“自回火”的时间来改善组织强度和韧性,从而减小组织的淬硬倾向。为研究坡口形式对激光-电弧复合焊焊接工艺的影响,设计了U型坡口和带矩形的V型坡口,分析了预热温度对焊接接头组织及力学性能的影响。试验结果表明,带矩形的V型坡口具有填充金属少、焊接效率高的特点,但是焊接工艺参数窗口窄,容易产生侧壁未熔合和气孔,U型坡口具有良好的激光电弧复合焊接工艺适应性,焊接工艺参数窗口宽,容易消除气孔、未熔合等焊接缺陷,焊接接头内部质量好。随着预热温度的升高,焊缝区组织及热影响区组织从马氏体向粒状贝氏体转变,焊接接头的显微硬度降低。预热温度为160℃时,焊缝金属的冲击韧性最高,为182J,焊接接头的抗拉强度和屈服强度与母材的抗拉强度和屈服强度相当,延伸率略小,弯曲性能合格,能够满足焊接质量要求。