双相不锈钢优良的性能是靠适当比例的两相组织来保证的。在激光自熔焊快速冷却条件下,焊缝金属极易发生两相比例失调,导致接头机械性能和耐蚀性能显著恶化,从而局限了激光自熔焊在双相不锈钢连接领域的应用。本文探索了改善2205双相不锈钢激光焊焊缝两相比例的方法,分析了焊接热循环和添加元素对焊缝组织的影响能力和作用规律。首先分析了激光焊离焦量对焊缝组织的影响,建立了高功率激光自熔焊有限元模型,计算了不同离焦量下的焊接温度场,并进行了相应的激光焊接试验。计算和试验结果表明:离焦量对焊接过程温度场、焊缝形态,以及焊缝组织均存在重要影响。采用正离焦量时,焊缝金属中部的奥氏体含量最高(25%);负离焦量时,焊缝金属下部的奥氏体含量最高(28%);当离焦量为0时,焊缝金属上、中、下部的奥氏体含量趋于一致。通过添加镍箔的方法研究了镍元素对2205双相钢激光焊焊缝组织的影响,分析了镍含量对焊缝金属两相比例的作用规律。试验结果表明,镍含量为7-10%时,焊缝金属能够获得接近母材的均匀两相组织,镍元素使熔池凝固模式由铁素体模式转变为奥氏体模式,从而促进奥氏体形成。当镍含量超过12%后,焊缝金属中奥氏体比例迅速增加,反而不利于两相平衡。通过改变保护气体组分的方法研究了氮元素对2205双相不锈钢激光焊缝组织的影响,探索了氮元素对焊缝金属奥氏体组织的影响规律。研究结果表明,当保护气体中氮含量超过50%后,氮元素通过熔池表面渗入液态金属,随着熔池流动到达焊缝中部,并在凝固过程中保留在焊缝金属中。熔入焊缝金属的氮元素提升了铁素体-奥氏体转变的温度,促进了奥氏体的形成。采用纯氮气保护时,焊缝金属中的氮含量最高,焊缝中的奥氏体比例达到40%。对2205激光自熔焊接头进行机械性能测试和耐蚀性测试,结果表明,采用纯氮气保护的光纤激光焊接头具有最优性能,其抗拉强度为756MPa,冲击功为177J,接头点蚀电位与母材十分接近。对比焊缝组织的不同调控方法,发现采用负离焦,或者添加镍元素和氮元素均有利于改善焊缝金属的两相比例,相对而言,通过保护气体提高焊缝金属氮含量的方法,具有较好效果,并且具有在生产实践中推广的价值。