奥氏体不锈钢复合板具有良好的焊接性和可加工性,广泛应用于石油和化工行业。304/Q345R复合板以Q345R为基体,利用爆炸焊复合304复层,使其不仅具有碳钢良好的焊接性能和高强度,还具有不锈钢的耐腐蚀、耐磨损、高导热等特性。奥氏体不锈钢复合板结构复杂,焊接过程中的热机械力学行为、微观组织、热力学演化机理有待于进一步研究。本文以304/Q345R复合板为研究对象,基于弹塑性理论,利用小冲杆试验获得复合板焊接接头及过渡层处的力学性能数据,基于数据拟合得到过渡层的热物理性能,在原有未添加过渡层模型的基础上进行结构优化,研究焊接接头处的温度场分布以及残余应力分布规律,讨论焊接温度场对复合板焊接接头力学性能的影响,利用电子探针和电子背散射衍射技术来探究焊接接头微观组织演化规律,旨在为不锈钢/低合金钢等复合板的焊接工艺设计与优化提供理论依据。利用小冲杆试验(Small Punch Test,SPT)获得了复合板焊接接头的复层与基层交界面处的载荷-位移曲线。在基层与复层的补焊交界处,材料的屈服强度与抗拉强度要小于其它位置的强度,将小冲杆试验所得的屈服强度与对应位移的相关数据进行拟合,应力不连续情况主要集中在边界层的两侧。利用ABAQUS软件,开发了焊接温度场与应力场的顺次耦合程序,依据小冲杆试验所得的拟合数据,来对现有模型进行优化,即在基层与复层之间建立过渡层,运用FORTRAN语言控制焊接过程中热源的加载与移动,获取接头处的焊接热循环曲线和残余应力分布规律。焊接接头的最大应力在基层焊缝的起弧位置,最大值为321 MPa,从焊缝和热影响区过渡到母材区的过程中,残余应力逐渐从最大值降低到0并趋向于稳定,由于复层多次焊接,残余应力对基层板材产生了弯曲变形。在两种材料的交界面处存在着应力不连续的情况,容易导致焊接接头产生断裂失效现象,通过对模型进行优化,可有效改善应力不连续现象。采用超景深显微镜和扫描电子显微镜分析焊接接头的组织、形貌和元素含量,304复合板焊接接头组织主要由奥氏体构成,有部分铁素体存在,复层熔合线附近的铁素体主要以板条状和针状形成带状过渡区域,而熔合线附近的奥氏体主要呈柱状晶粒分布,且平均晶粒尺寸相比于其他区域更加细小。在基层焊接的过程中,基层的焊接热会对复层坡口造成影响,坡口位置离焊缝越近,奥氏体的分布越均匀且晶粒越细小。复合板在焊接过程中复层的C元素在焊缝处有明显增加,而复层的合金元素Cr、Ni含量基本保持不变。采用EBSD(Electron Back-Scattering Diffraction)电子背散射衍射技术发现,焊缝区域的晶界大部分为小角度晶界和重位晶界,小角度晶界和重位晶界有助于一直裂纹产生。