800 MPa级低合金高强钢板Q690具有优异的强韧性,被广泛应用于工程、港口机械及海洋装备等领域。然而传统焊接工艺在焊接Q690中厚板时存在焊接热输入高、焊接变形大、焊接效率低等生产问题。激光-电弧复合焊接技术能够充分发挥激光和电弧热源的优势,具有熔深大、桥接能力强、焊接速度快、热输入低、焊接变形小等优点,展现出对中厚板高强钢焊接的显著优势。本文以16 mm厚Q690D钢为研究对象,展开激光-电弧复合焊接试验,配以综合焊接性能更好的药芯焊丝,系统地研究了激光-药芯焊丝电弧复合焊接过程中工艺参数对焊接性能的作用规律,对比分析了 Q690D复合焊接接头与激光焊接接头的组织及性能。首先针对激光的引入和焊接引导方式对复合焊接熔滴过渡行为及焊接稳定性的影响规律进行了研究。研究表明随着焊接电流的增加,药芯焊丝电弧焊及复合焊接过程中共观察到短路过渡、大滴过渡和射滴过渡三种基本的熔滴过渡模式;在复合焊接中,激光对电弧的吸引和压缩导致作用于熔滴上的电磁力与等离子流力发生变化,进而引起熔滴过渡行为及焊接稳定性的变化;不同引导方式的复合焊接在三种熔滴过渡模式中的熔滴过渡行为和焊接稳定性不同,其中,射滴过渡模式下的电弧引导复合焊接具有最高的焊接稳定性。进一步,系统地研究了激光-药芯焊丝电弧复合焊接中各工艺参数对焊缝成形的作用效果及工艺参数之间的相互作用关系。研究发现复合焊接可以在相同激光功率下获得比激光焊接更大的焊缝熔深,在相同电弧功率下具有比电弧焊更大的焊缝熔宽与更稳定的焊道;随着焊接电流的增大和焊接速度的减小,电弧热源对激光热源的促进效果更加明显,对提高复合焊接熔深具有积极的意义;光丝间距通过影响复合焊接过程中激光的实际作用位置与两种热源耦合效应的强弱而影响焊接熔深;电弧引导模式可以获得更大的焊缝熔深与更小的焊缝熔宽,更有利于发挥激光热源的潜力。通过施加焊剂衬垫,在优化的复合焊接工艺参数下,实现了不开坡口 16 mm厚Q690D钢对接接头的全熔透单面单道焊双面成形,所得焊接接头成形良好,接头内部无侧壁未熔合、裂纹等缺陷;而使用单道激光焊接工艺则无法实现焊接接头良好的全熔透单面焊双面成形效果,复合焊接具备更显著的工艺优势。随后对Q690D复合焊接接头及激光焊接接头进行了组织表征。发现复合焊接接头的焊缝区及热影响区中淬硬组织含量更低;两种焊接接头的晶粒尺寸从大到小均为复合焊接电弧作用区＞复合焊接激光作用区＞激光焊接;焊接接头中的组织尺寸与焊接热输入有关,采用的功率参数愈大,奥氏体晶粒的粗化愈加显著,粗大的奥氏体晶粒在后续的过冷连续转变中生成的二次组织也会更为粗大。最后对Q690D复合焊接接头及激光焊接接头进行了力学性能与耐蚀性能测试。结果表明复合焊接接头具有明显更低的显微硬度分布;拉伸试验中两种焊接工艺的试样均断于母材,复合焊接中使用“低强匹配”的药芯焊丝并未引起接头强度的降低;两种焊接接头不同区域的低温（-20℃）冲击吸收功均高于标准规定的临界值,焊接接头不同区域的冲击韧性由大到小均为母材＞焊接热影响区＞焊缝,冶金工艺与微观组织上的差异是导致冲击韧性变化的主要原因。复合焊接接头不同区域在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性由大到小依次为焊缝＞母材＞热影响区,而纯激光焊接接头由于无焊丝填充其焊缝的耐蚀性弱于母材,合金元素与微观组织上的差异是导致焊接接头不同区域耐蚀性能变化的主要原因。本文对Q690D高强钢激光-药芯焊丝电弧复合焊接的工艺、组织及性能进行了研究,对Q690D高强钢激光-药芯焊丝电弧复合焊接的综合焊接性能作出客观评价,研究结果可为中厚板调质高强钢的激光-电弧复合焊接提供必要的试验方法和理论依据,以推动激光-电弧复合焊接技术的进一步应用。