本文以双金属机械复合管和端部冶金复合管L415/316L为研究对象,采用低合金焊材填充盖面焊接和镍基焊材填充盖面焊接两种焊接工艺进行对焊,对双金属复合管焊接接头熔合区脆硬组织及裂纹进行分析,研究结果将为双金属复合管焊接材料的选择、焊接工艺的制定提供理论基础和技术保障,有助于双金属复合管在高腐蚀性油气田的广泛使用。在低合金焊材填充盖面焊接工艺下,双金属机械复合管、端部冶金复合管焊接接头都在填充盖面层与过渡层熔合区出现了马氏体组织。镍基焊材填充盖面焊接工艺下,两种复合管焊接接头显微组织并未出现马氏体组织。通过对焊接接头进行化学成分分析发现,填充盖面层与过渡层熔合区出现脆硬组织原因为焊材合金元素含量差异大,元素发生扩散导致的。过渡层中Cr、Ni含量高于填充盖面层,形成较大的元素分布差异,并且在焊接时熔合区马氏体成分不均匀,促使过冷度变大,但是含碳量较低,因此形成了板条马氏体。脆硬组织对焊接接头力学性能的影响取决于马氏体组织的厚度与焊缝厚度的比例即脆化比,通过试验证明脆硬组织只对弯曲试验有影响,在本课题实验中,当脆化比值小于等于6.0%时,焊接接头的塑韧性可以满足使用要求。通过模拟结果可知焊接接头的Von mises stress为拉应力,随着焊道层数的增加,焊接残余应力值先增大后减小,在焊接过程中复层与基层焊趾处即点1尖端点处的残余应力最大。在两种焊接工艺下,Φ114.3 mm复合管的残余应力峰值较小,盖面后残余应力峰值也较小,而Φ355/Φ508mm复合管焊接接头残余应力峰值大,盖面焊后残余应力峰值较大,因此,Φ355/Φ508mm复合管焊接接头易出现裂纹。镍基焊材填充盖面焊接工艺有效降低Φ355/Φ508机械复合管等效焊接残余应力峰值及盖面焊后峰值,有利于降低焊接裂纹产生的可能。端部冶金结合也能有效的降低尖端点处的等效焊接残余应力,等效焊接残余应力峰值降低幅度均超过100MPa,有利于降低焊接裂纹产生的可能。起裂处即复层与基层焊趾处形成板条马氏体和上贝氏体组织,使得该区域焊缝硬度很高,是焊接残余应力集中点且焊接残余应力值很高,并且封焊发生重熔,使得焊接接头的应力进一步增大,因此使得该区域产生裂纹。过渡层上部靠近熔合区的位置即2区为板条贝氏体和先共析铁素体组织,促使裂纹进一步扩展。熔合区有马氏体组织,使得裂纹在熔合区扩展。与熔合区相邻的填充盖面层组织晶粒粗大,使塑性降低,且存在许多缺陷,特别是夹杂,促使裂纹扩展,当裂纹遇到焊接缺陷少,晶粒较细小的珠光体和铁素体组织时止裂。