采用IPG-YLS-5000W掺镱光纤激光器,以氩气作为保护气体,分别使用厚度为1mm,1.5mm,2mm的Invar合金(Ni₄₂Fe_50.9C_0.6Mn_3.5Nb₃)作为中间层填充材料,对4mm和6mm厚的WC-20Co硬质合金与316L不锈钢母材进行激光对焊。利用X射线探伤、光学显微镜、扫描电镜及其附带的能谱仪、透射电镜观察焊接后接头的宏观成形、微观组织形态,并使用硬度试验、三点弯曲试验等分析焊接接头力学性能,以研究中间层厚度对焊缝组织及其性能的影响。通过优化焊接工艺参数,分别使用2.5 k W,3.0 k W,4.0 k W的焊接功率焊接中间层厚度为1mm,1.5mm,2mm的4mm厚母材;使用4.0k W的激光功率焊接厚度为6mm厚的母材,激光扫描速度0.012m/s,保护气体流量为17L/min,最终获得了WC-20Co/Invar合金/316L钢成形较好的激光焊接接头。焊接性分析表明:裂纹与气孔是焊接接头出现的主要缺陷,这些缺陷主要出现在WC-20Co/Invar界面,后沿着WC-Co侧基体或焊缝方向扩展,W、Fe或Co、C元素的相互运动形成了Fe₃W₃C和Co₃W₃C等复式碳化物,即M₆C型η相,易于引起应力集中及微裂纹,增加焊接接头断裂脆性。在相同的激光扫描速度下,4cm厚度试样的熔合区宽度整体大于6cm厚度试样的熔合区宽度,受应力集中与焊接变形的影响,厚度为4mm的母材焊缝质量优于厚度为6mm的焊缝质量,中间层厚度越大,越容易形成宏观气孔、微裂纹趋势。WC-20Co侧的WC晶粒异常长大及颗粒溶解不均匀现象,会造成接头力学性能的降低。焊接腐蚀后的316L不锈钢组织中的单相奥氏体晶粒及孪晶组织分布均匀无缺陷和杂质,Invar/316L侧焊缝熔合性较好,Invar合金的组织为面心立方晶格的（γ-Fe,Ni）奥氏体固溶体,焊缝中Co元素的迁移会使Invar合金起到缓冲层增加焊接接头韧性的作用。力学试验及断口分析表明:硬质合金/焊缝熔合区在焊缝接头组织中最为薄弱;母材厚度增加会导致焊缝的弯曲强度、强度极限下降,中间层厚度为1.5mm的焊缝表现出了更高的弯曲强度;硬质合金/焊缝熔合区中的WC晶粒较硬且韧性较差,焊接过程中形成的内部气孔、裂纹都极易成为脆性断裂根源,导致晶界性能弱化从而出现沿晶界的裂纹扩展,最终脆断。中间层厚度为1mm的硬质合金/中间层熔合区域的硬度高于中间层厚度为1.5mm、2mm时对应区域的硬度,中间层厚度为1.5mm的Invar/316L界面的硬度分布过渡更为平滑。