P92耐热钢因具有优良的热强性已广泛应用于超超临界发电机组主蒸汽管道,市场前景广阔。激光电弧复合焊结合激光热源与电弧热源的优势,具有热输入小,焊接效率高等优点,具有很大潜力,而能够获得性能优良的焊接接头,将非常有利于P92耐热钢的进一步应用。综合考虑了金属基体对Nd:YAG激光的吸收机制,包括菲涅耳吸收和激光散射与吸收,利用光线追踪法产生热源,建立了激光电弧复合焊接过程中的气、液、固三相统一的数学模型,模拟激光复合焊接过程中的熔池及匙孔动态过程。模拟结果显示,匙孔内部在力的综合作用下持续波动,当形成的匙孔深度在3 mm左右时,熔池与匙孔间能形成稳定的动态过程,匙孔不闭合,当形成的匙孔深度达到6 mm左右时,熔池与匙孔间不能形成稳定的动态过程,熔池局部塌陷,匙孔底部闭合,形成的气泡不能及时逸出,导致气孔缺陷形成。采用激光电弧复合焊方法,针对厚度为8 mm的P92耐热钢板设计U型坡口,进行不同预热温度的平板对焊试验。随着预热温度的升高,焊缝区部分马氏体板变宽,出现少量铁素体;热影响区部分晶粒粗化,马氏体板条变宽;焊接接头的显微硬度降低。预热温度为200℃时,能够避免焊接裂纹出现,能够减小焊态下焊缝硬度与母材的不均匀性,实现对焊缝的组织性能的改善。对接头进行室温拉伸与高温拉伸测试,断裂位置均为母材,高温拉伸近断口处组织发生变化,而焊缝无明显变化,说明焊缝强度高,满足焊接的力学性能要求。对焊接接头进行750℃高温时效处理,对接头显微组织进行观察,采用透射电镜以及扫描电镜对接头中的析出物尺寸及形状进行分析,采用EDS能谱对析出物元素进行定量分析。研究结果表明,随着时效时间的增加,焊缝区与热影响区组织为不同取向的马氏体板条组织,马氏体部分板条融合变宽,析出物数量增多。可以确定在时效过程中,P92耐热钢焊接接头上析出M₂₃C₆相,Laves相以及少量的MX相。析出相在时效处理初期生长,后期开始聚集。随着时效处理时间的增长M₂₃C₆相、MX相变化相对稳定,Laves相析出较多。测试显微硬度结果表明,接头整体硬度降低逐渐与母材接近,热影响区软化范围小。测试室温拉伸与高温拉伸性能,不同时效试样拉伸断裂位置均为母材,说明焊缝强度仍高于母材。