钢轨与高锰钢辙叉的无缝连接是我国铁路发展的重要保证,本文提出了首先分别在钢轨与辙叉U形坡口上激光熔覆316L不锈钢过渡层,然后采用手工电弧堆焊方法实现两种钢材无缝连接的工艺方法,并对两种钢材焊接试样的组织和力学性能进行研究。用ANSYS有限元软件,分析工艺参数对U形坡口激光熔覆温度场与应力场的影响。结果表明,在进行多层激光熔覆时,存在着热量逐层累积过程,增加层间冷却时间可减少基体的热输入量;随着熔覆速度、坡口角度的增加,激光熔覆后残余应力增加,随着层间冷却时间的延长残余应力减小。根据模拟结果确定合适的工艺参数,分别在钢轨与辙叉基体的U形坡口上激光熔覆3mm厚的316L不锈钢过渡层,然后进行手工电弧对接堆焊。焊接试样的金相、X射线衍射、扫描电镜观察表明在激光熔覆过渡层后,钢轨基体热影响区无马氏体生成;辙叉基体热影响区无热裂纹,存在碳元素扩散现象,熔覆层与基体、堆焊焊缝均呈良好的冶金结合,熔覆层内晶粒长大经历了平面晶、枝晶、胞状晶的转变。通过拉伸实验、硬度检测、断口形貌观察,结果表明钢轨直接堆焊试样抗拉强度为814.5MPa,激光熔覆后抗拉强度为636.7MPa;辙叉直接堆焊试样由于热影响区存在较多热裂纹而发生脆断,激光熔覆后抗拉强度为659.3MPa,两种钢材试样在激光熔覆过渡层后强度均能达到钢轨与辙叉焊接接头性能要求。钢轨试样熔覆层平均硬度231HV比堆焊区提高了17.2%,辙叉试样熔覆层平均硬度233.6HV比堆焊区提高了10%,两种试样硬度均达到相关硬度标准。