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在压水堆核电站设备中,异种材料之间的焊接是一项复杂、技术难度大、质量要求高的工程,迄今为止仍是核电加工制造领域的难点。激光焊接技术是近几十年来发展起来的一种优质、高效的新型焊接方法,具有深宽比大、冷却速度快、热影响区窄等特点,成为激光加工领域的研究热点之一。针对核电一回路Alloy 52M/316L异种金属关键焊接构件,本文提出了采用窄间隙激光填丝焊的方法,探索核电工程中异种金属激光填丝焊的特点及组织变化规律,为推广激光焊接技术在核电工程的应用提供技术支撑。本文首先开展Alloy 52M/316L异种金属激光填丝焊工艺和焊缝成形的研究,研究表明激光填丝焊Alloy 52M/316L异质焊缝具有匙孔形貌特征,两层焊缝之间有较深的搭接量,揭示了焊缝高度和熔宽随激光功率、焊接速度和送丝速度等焊接参数变化的规律以及焊接侧壁未熔合和气孔的特征与形成原因。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析测试方法,研究Alloy 52M/316L焊缝区的微观组织、成分分布、第二相的析出行为以及异质界面结构特征、形成特点和界面区元素的偏聚行为,对比研究带极堆焊(ESW)阻隔层和GTAW阻隔层两种状态下异质界面的组织结构,结果表明Alloy 52M/316L焊缝区靠近熔合线边界的组织是细小的胞状晶,随着凝固的推进胞状晶转变为柱状树枝晶,在焊缝的中心处会合形成沿焊缝中心对称生长的组织形态；在激光多层焊缝的层间出现了重熔细晶区,形成了等轴细晶组织；在焊缝枝晶间主要是由富Nb的析出相和A1203与Ti02聚集一起生长形成球形复合氧化物,揭示了Alloy 52M/316L焊缝区微观组织和第二相析出的规律；在ESW52M/WM的界面区域富Nb的析出相呈链状分布或颗粒状聚集长大特征,由于Nb、Si、Cr和Fe等元素在晶界上富集在冷却凝固阶段引起富Nb的第二相析出并聚集、长大；同时因GTAW52M与ESW52M微观组织的差异,在GTAW52M/WM界面上没有出现富Nb的碳化物或Laves相；WM/316L界面是由宽度约30-40μm细小的胞状晶组成,激光填丝焊缝与316L不锈钢表现出良好的相容性,体现良好的界面结合特性；在WM/316L界面附近区域存在Cr和Mo元素的富集,并诠释了沿晶界析出呈链状σ相的原因。基于Alloy 52M/316L异质接头热裂纹产生的位置、特征、化学成分和断口分析以及高温拉伸试验和STF试验的研究,结果表明富Nb的低熔点共晶相和界面氧化物引起Alloy 52M/316L异质焊缝凝固裂纹的重要因素,Alloy 52M/316L异质焊缝凝固裂纹的断口呈凹凸显著的树枝晶状,表面光滑、无撕裂棱；基于Alloy 52M/316L焊缝区凝固裂纹液相回流的分析,推导出裂纹萌生和扩展条件下液相回流速度vlx；发现在液化裂纹处伴随着富Nb的白色链状析出相,具有晶界低熔点液膜的特征,液化裂纹断口面的晶粒呈卵石状,晶粒边界出现液膜,检测表明存在富S和Si的低熔点共晶相,或呈液膜特征的富Nb的析出相附在晶粒表面尖端上；发现富S的低熔点共晶相和富Nb的析出相是引起Alloy 52M/316L异质接头液化裂纹的冶金因素,并阐明了液膜形成的原因、富Nb的碳化物的组分液化和液膜迁移的裂纹形成机理；Alloy 52M/316L异质接头的高温失塑裂纹的走向沿柱状枝晶发生开裂,其扩展方向可能偏离枝晶生长的方向,高温失塑裂纹大多起裂于三叉晶界处,而裂纹在晶界上的形成过程也是孔洞在晶界上形核、长大和聚合连接的过程,晶界滑移直接影响晶界上孔洞的形核、长大与聚合连接,诠释了Alloy 52M/316L异质接头高温失塑裂纹形成条件、萌生与扩展机制。通过力学性能研究表明Alloy 52M/316L异质接头从Alloy 52M阻隔层经过焊缝到316L不锈钢的硬度呈下降的趋势,焊缝区的平均硬度为180HV；ESW52M/WM界面是冲击韧性薄弱环节,在ESW52M/WM界面上不规则的富Nb的碳化物或脆性的Laves相、氧化夹杂物是导致冲击韧性降低的主要原因；ESW52M/316L和GTAW52M/316L两种异质接头的拉伸断口均呈现出韧性断裂的特征,但在ESW52M/316L拉伸断口韧窝处存在大量的析出相,ESW52M/WM界面是整个焊接接头的断裂的薄弱位置；ESW52M/316L异质接头在350℃温度拉伸的断裂位置位于316L侧,其断口上存在较多空洞,断裂机制是空洞聚集型韧性断裂。电化学试验表明,在含Cl-和由Cl-与S2O32-组成的混合介质两种腐蚀溶液体系中,焊缝金属的极化曲线表现出多次钝化的特征,腐蚀的形貌呈现差异性,S2O32-促进了焊缝金属的阳极溶解,延缓或阻碍其钝化,促使表面钝化膜稳定性降低作用,揭示了Alloy 52M/316L异质焊缝在含C1-和含Cl-与S2O32-的混合介质两种溶液体系中的腐蚀机制,诠释了微观组织、析出相和腐蚀介质对Alloy 52M/316L焊缝金属腐蚀的影响。