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目前在压力容器的生产制造中,低合金耐热钢与奥氏体不锈钢的焊接可满足不同工作环境对焊接结构件的要求,降低生产成本,得到了广泛的应用。但低合金耐热钢与奥氏体不锈钢的组织和化学成分不同,焊接时易产生金属稀释、合金元素偏析、碳迁移等损害接头质量的问题。通常采用手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊等传统焊接方法进行连接,效率较低、接头质量不高,难以满足现代工业高速发展的需求。电弧辅助活性TIG焊(AA-TIG)作为一种新型焊接方法,可对3-12 mm厚的材料实现不开坡口单面焊双面成形,焊接效率和自动化程度高。因此,研究将电弧辅助活性TIG焊应用于异种钢的焊接对提高焊接效率和焊接接头质量具有重要意义。本文针对8 mm厚的12Cr2Mo1R低合金耐热钢和06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢采用AA-TIG未堆焊过渡层的对接自熔焊,焊后整体进行690℃×8 h的热处理;以及采用ERNiCr-3、ER309L在12Cr2Mo1R预边堆焊过渡层后,进行690℃×8 h的热处理,再进行AA-TIG异种钢单面焊双面成形的高效焊接。对比分析异种钢自熔焊热处理前后以及12Cr2Mo1R预边堆焊过渡层进行热处理前后的接头显微组织、碳迁移扩散、力学性能和抗腐蚀性能。根据试验结果,分析不同AA-TIG焊接工艺的接头质量是否满足工程实际要求。对焊接接头的显微组织观察分析表明:自熔焊时焊缝组织为板条马氏体和少量铁素体,ERNiCr-3、ER309L预边堆焊工艺的焊缝组织分别为单相奥氏体、奥氏体和少量铁素体。自熔焊接头经过热处理后在焊缝区域产生了显微裂纹,会使接头力学性能下降。在接头的12Cr2Mo1R/焊缝界面处,所采用的焊接工艺均存在一定程度的碳迁移扩散,其中ERNiCr-3预边堆焊工艺相比自熔焊、ER309L堆焊可减小增碳层的宽度。接头两侧热影响区(HAZ)到焊缝的界面元素扫描表明:Fe、Ni、Cr等合金元素在焊缝与两侧母材之间存在一定的浓度梯度,但未出现元素偏析现象。通过对焊接接头的力学性能测试表明:接头的硬度分布与组织和热处理状态有关。采用ERNiCr-3、ER309L预边堆焊工艺的焊缝硬度明显低于自熔焊的焊缝。自熔焊接头经过热处理后,在焊缝和12Cr2Mo1R HAZ处的硬度均有明显下降,采用ER309L预边堆焊后进行热处理的接头在12Cr2Mo1R HAZ处的硬度下降,但采用ERNiCr-3预边堆焊后进行热处理的接头在12Cr2Mo1R HAZ靠近焊缝的熔合界面处硬度升高。不同工艺接头的06Cr18Ni11Ti侧硬度分布规律基本一致,未见明显变化。接头的拉伸试验表明:自熔焊的接头抗拉强度和伸长率较高,分别为654.35 MPa、10.91%,断裂于12Cr2Mo1R侧母材。采用ER309L预边堆焊工艺的接头抗拉强度和伸长率最高,同样断裂于12Cr2Mo1R侧母材。采用ERNiCr-3预边堆焊工艺的接头抗拉强度低于ER309L预边堆焊工艺的抗拉强度。自熔焊接头经过热处理和采用ER309L预边堆焊后进行热处理的接头抗拉强度和伸长率均有下降,但采用ERNiCr-3预边堆焊后进行热处理的接头抗拉强度和伸长率分别提高了7.52%、8.11%。在-20℃下,自熔焊的焊缝和12Cr2Mo1R HAZ经过热处理后冲击值明显下降,低于标准要求为脆性解理断裂。而对预边堆焊工艺的焊缝和12Cr2Mo1R HAZ冲击值均高于标准要求,断口形貌均为韧性断裂。六组接头的06Cr18Ni11Ti HAZ冲击值均在120J以上,与母材相比未明显下降。对ERNiCr-3、ER309L预边堆焊工艺的接头抗腐蚀试验分析表明:06Cr18Ni11Ti母材和接头的抗晶间腐蚀、点蚀和电化学腐蚀良好。综上所述,采用AA-TIG焊对8 mm厚的12Cr2Mo1R/06Cr18Ni11Ti异种钢可实现高效的单面焊双面成形。自熔焊接头在未经过热处理时,接头各项力学性能满足使用标准,采用ER309L预边堆焊工艺的接头综合力学性能和抗腐蚀性能最好,采用ERNiCr-3预边堆焊工艺后进行热处理,可以提高接头强度。