采用较小功率激光对厚板低合金高强钢进行填丝多层焊,热变形小,还可通过调节焊丝成分来改善焊缝组织性能,节约了成本,具有很大的现实意义和广阔的应用背景。但是,焊缝成形不稳定、未熔合和气孔问题一直难以解决。本文针对上述问题,设计并改进了适合于厚板双光束填丝多层焊的窄间隙坡口尺寸,采用双光束热丝多层焊技术实现了16mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢的可靠连接,消除了未熔合和气孔缺陷。并重点对接头的断裂行为以及激光重熔、热处理作用下焊缝各区的微观组织结构进行了深入分析。在以往激光多层焊的基础上,本文从多层焊能量合理利用与分配的角度优化的焊接工艺规范,研究了焊接线能量、层间保温和热丝对焊缝宏观成形的影响,阐述了双光束热丝焊过程的能量分配原则与作用原理。采用双光束热丝多层焊工艺焊接低合金高强钢获得的接头强度基本都高于母材强度。本文利用扫描电镜和能谱对焊缝断口韧窝形貌与第二相粒子进行了细致分析,阐明了未熔合缺陷、第二相粒子等对接头性断裂行为的影响规律。。硬度测试结果标表明,焊缝硬度高于母材,硬度峰值出现在热影响区的熔合区附近。经历再热作用的内层焊道硬度值稍低于末层硬度值。。在金相观察的基础上,深入分析了激光二次重熔和急热急冷热循环下接头的宏观和微观组织特征。激光多层焊的HAZ组织主要是板条马氏体,其晶粒明显细化,粗晶区仅占热影响区的1/4左右。根据加热状态不同,将焊缝区组织划分为三个典型区域:激光填丝焊原始焊缝组织:由贝氏体、针状铁素体和少量低碳马氏体组成;经历激光二次重熔的焊缝组织:主要由粒状贝氏体和针状铁素体组织组成;经历热处理后的焊缝组织:主要由贝氏体正火组织和贝氏体回火组织组成。此外,焊缝中存在大量的相互平行且紧密排列的铁素体束。利用能谱分析研究了焊缝主要合金元素的分布规律。宏观上,由顶层到底层含量逐渐增多;微观上,合金元素主要分布在α-Fe的间隙处。通过对焊缝进行XRD衍射分析,确定焊缝中物相种类、含量以及不同工艺下晶格参数的变化,为研究各工艺焊缝合金元素固溶强化效果提供了可靠依据。