大厚度海洋用钢多采用多层多道焊进行连接,由于焊接过程会经历复杂的焊接热循环,使焊缝金属发生不可逆的组织演变,从而导致焊缝金属微观组织不均匀,这种组织的不均匀性会影响焊缝的断裂力学性能。因此,论文采用手工电弧焊打底、药芯焊丝气体保护焊做填充和盖面,对大厚度海洋用钢DH36进行多层多道焊,然后对焊接接头进行微观组织观察和硬度表征,采用纳米压痕试验研究焊缝不同组织的力学性能,通过单边缺口拉伸试验和数字图像相关等试验对焊接接头进行断裂力学性能研究。焊接接头热影响区可分为粗晶热影响区、临界粗晶热影响区、细晶热影响区和临界热影响区等。粗晶热影响区的组织主要为粒状贝氏体,而临界粗晶热影响区M-A组元的含量高于粗晶热影响区。焊缝的微观组织主要是针状铁素体、晶界铁素体和多边形铁素体。其中,焊根部位以细小均匀的多边形铁素体为主,焊缝填充部分三种组织循环分布;盖面填充部分多边形铁素体的含量较少,主要是晶界铁素体和针状铁素体。通过显微硬度试验,发现显微硬度随微观组织的变化而变化,针状铁素体含量较高的区域显微硬度较高;粗晶热影响区以粒状贝氏体为主,硬度值最高。通过纳米压痕试验对焊接接头不同组织的力学性能进行表征,发现三种组织具有不同的力学性能:针状铁素体的硬度较高,且屈服强度和加工硬化系数均高于其他两种组织。所以,在显微硬度试验中,焊缝会出现明显的显微硬度变化。单边缺口拉伸试验发现,焊根试样的阻力曲线和J积分曲线均低于焊缝的对应曲线;从DIC试验的图像可以看出,所有试样拉伸过程总的位移场和应变场的变化趋势大体一致,但焊根试样裂纹尖端附近的最大应变场较小,说明焊根试样的断裂韧性较低。对所有区域的断口形貌进行观察,发现断口均为韧窝形貌,韧窝大部分在第二相粒子处形核长大,有明显的撕裂脊,为韧性断裂。而焊根试样含有二次裂纹,韧窝附近的撕裂脊较小。从裂纹扩展路径中发现裂纹在多边形铁素体中的扩展路径比较平直,而在针状铁素体以及针状铁素体和晶界铁素体混合的区域扩展路径比较曲折。这是因为针状铁素体的屈服强度较高、具有特殊的“互锁状”结构、晶粒相对细小,使得焊缝组织中针状铁素体含量较高的部分具有较好的断裂韧性;而焊根试样由于多边形铁素体所占比例远高于针状铁素体,从而导致其断裂韧性相对较差。