冷轧301LN奥氏体不锈钢制造的轻量化不锈钢轨道客车以其安全、节能和材料可完全回收等优点,广泛地应用在地铁和城际快速列车中。在不锈钢车体侧墙的连接中通常采用低热量输入的电阻点焊,但是该方法会在车体外表面留下大量的可见压痕,严重影响了车体的外观质量和耐腐蚀性。非熔透激光焊接是替代电阻点焊解决上述问题的理想方法。因此,本文以301LN不锈钢车体侧墙与连接件的搭接非熔透激光焊接接头为研究对象,开展了服役性能和失效行为的研究,为不锈钢客车设计和制造提供基础依据。主要研究内容和成果如下:通过微观组织表征和静拉伸试验研究了301LN奥氏体不锈钢激光焊缝的凝固模式、热裂敏感性和断裂强度。结果表明,301LN搭接非熔透激光焊缝的凝固受熔池两侧和底部板材三方向热传导冷却控制,冷却速度快。焊缝主体以初始铁素体FA模式凝固,铁素体量约为6.4%体积分数;焊缝底部以FA和AF混合模式凝固,铁素体量约为3.2%体积分数,混合凝固区的占比随冷却速度的增加而增大。301LN不锈钢具有优异的激光可焊性,焊接热裂敏感性较低,激光焊缝金属具有不低于冷轧板的优异力学性能。通过静拉伸试验研究了搭接非熔透激光焊接接头的静力学性能和失效行为,以及影响静力学性能的主要因素。结果表明,搭接非熔透激光焊接接头的拉伸断裂模式为焊缝界面拉伸-剪切断裂,拉伸断裂时焊缝旋转角度大的试件在焊缝断裂面的拉应力比（拉应力:剪应力）大于焊缝旋转角度小的试件,导致其拉伸断裂载荷和位移量也较高。搭接非熔透激光焊接接头的断裂延展性与焊缝界面宽度/薄板厚度比值呈线性增加。针对厚板搭接非熔透激光焊接接头断裂延展性较低的特点,提出了激光束竖直照射倾斜板的焊接方法,制备的倾斜焊缝具有与垂直焊缝相似的规则几何形状,在不增加熔透率的条件下,有效增加了焊缝界面宽度,提升了断裂载荷和延展性。焊缝倾斜方向会通过改变界面焊缝断裂机制影响焊接接头的静力学性能,与正向（同加载方向）倾斜焊缝相比,反向（逆加载方向）倾斜焊缝断裂界面的应力状态由以剪切应力为主变为以拉伸应力为主,断裂载荷和延展性分别提高了11.4%和58.9%。建立了考虑搭接界面接触约束的热-弹塑性有限元模型,较为准确地预测了搭接激光焊接接头的温度场、残余应力和焊接角变形,并分析了熔透率对残余应力和焊接角变形的影响。结果表明,由于非熔透板材对焊缝金属自由膨胀的约束强于熔透板材,非熔透焊接接头下板搭接界面的横向残余应力峰值比熔透焊接接头高约70 MPa;横向残余应力峰值位于距焊缝中心约2.5 mm区域内,该部位也是疲劳裂纹起裂区。搭接非熔透激光焊接接头上下表面之间的横向收缩差异较大,导致其产生了较大的焊接角变形。通过疲劳试验、断裂分析和有限元分析,研究了搭接激光焊接接头的疲劳性能和失效行为,分析了残余应力对疲劳性能和失效行为的影响,得到了搭接激光焊接接头疲劳设计的参考应力以及疲劳寿命预测模型。结果表明,在高载荷幅下,搭接非熔透激光焊接接头随下板与上板厚度比值的增加,疲劳断裂板由较厚的非熔透下板转移到较薄的熔透上板,焊接接头的疲劳断裂主要受局部缺口应力的影响。在低载荷幅下,搭接非熔透激光焊接接头的疲劳断裂都发生在非熔透下板,这与非熔透下板搭接界面较高的横向残余应力有关。搭接非熔透激光焊接接头的疲劳极限随非熔透下板厚度的增加显著提高,而熔透上板厚度增加对提升焊接接头的疲劳极限作用不明显。受横向残余应力较高的影响,非熔透搭接激光焊接接头对低载荷幅的抗疲劳性能大大低于熔透接头,而对高载荷幅的抗疲劳性能相差不大。基于疲劳极限计算得到了熔透和非熔透搭接激光焊接接头的疲劳裂纹起始区的结构应力分别为408 MPa和345 MPa,该应力值可作为激光焊接结构疲劳设计的参考应力。考虑焊接角变形的等效结构应变法可以合理的预测搭接激光焊接接头的疲劳寿命,误差率在30%以内。