Q345/316L异种钢焊接接头能够充分发挥异种钢固有优势,广泛应用于海上风电、油气运输管道、锅炉电站等领域。激光焊接具有能量密度高、热输入小、焊接效率高、焊接变形小、灵活性好等优点,是异种钢焊接的有效方法之一。采用激光对Q345/316异种钢进行焊接,既能发挥激光焊接优点,也能获得性能优异的焊接接头,不仅会降低焊接成本,也提高了焊接结构件寿命。因此,本文以Q345/316L异种钢激光焊接接头为研究对象,重点研究了焊接接头的宏观缺陷、组织与性能,并分析了其产生过程和机理。通过对穿透型匙孔激光焊熔池对流和熔池宏观形貌特征分析,建立了对流分界面和对流混合区概念,分析了气孔和宏观偏析产生机理。气孔形成机理是局部对流方向变化或流动特性转变引起激光入射角变化,从而引起匙孔内部蒸汽压不稳定,匙孔壁局部收缩或凸起,断裂后形成气泡,逸出之前被固液界面捕获,形成气孔,并通过热力学计算得到气泡被固液界面捕获是自发的。基于对流混合区热量传输、动量传输、质量传输特性更易满足结晶热力学和动力学条件,建立了穿透匙孔激光焊接接头横截面上宏观偏析形成过程,认为结晶首先发生在对流混合区,在熔池对流作用下,被带入的非混合边界层在焊缝中过冷,形成“岛状组织”;或焊缝金属侵入非边界混合层,形成“海滩组织”,并通过OM和EPMA分析进一步验证了宏观偏析形成机理。通过对焊缝组织的金相分析,得到焊缝凝固过程为L→L+A→L。但在靠近316L的不完全混合区,出现L→L+A→L+A+（A+F）_共晶→A+F_共晶凝固特征,这主要与熔池冷却速度和局部枝晶尖端过冷度有关,冷却速度快和局部过冷度促使奥氏体形成。EPMA点分析和XRD衍射结果显示焊接接头主要析出相为碳化物Cr₂₃C₆、Cr₇C₃和σ相Fe-Ni-Cr-Mo、FeCr等。根据元素偏析系数K′建立了元素迁移过程模型,Cr从316L母材向液相焊缝中迁移,Ni从液相焊缝向Q345母材迁移,Mo在晶界析出,C迁移是短程迁移机制,C富集一般发生在熔合线中的类马氏体层中。增加激光功率和焊接速度,可以减轻气孔形成倾向,但会加剧合金元素微观偏析,也会促使热影响区马氏体和奥氏体长大。全熔透焊接接头断裂位置均位于远离Q345热影响区的母材。焊接速度和激光功率对硬度影响不明显,但等轴晶区硬度要低于柱状晶区,使得焊缝中心硬度略低于焊缝两侧。焊接接头在0.25mol/LNaHCO₃溶液中的耐腐蚀性能优于在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能,焊接接头自腐蚀电位和腐蚀电流密度均介于两种母材之间。增大激光功率和焊接速度使碳化物和金属间相数量增加,碳化物和金属间相可作为阴极,与基体金属形成微观腐蚀电偶,对耐腐蚀性能产生不利影响。