镍基焊材具有优异的强度以及耐高温性,考虑到补焊强度或者异种接头碳迁移问题,设备重要位置以及焊接裂纹的修复工程上可采用镍基焊材,因此,研究使用镍基焊材的焊接接头力学性能分布具有重要意义。本文以ENi Cr Mo-3为焊材的15Cr Mo R焊接接头为研究对象,从数字图像相关（DIC）技术与小冲孔试验（SPT）方法两方面结合微观分析,系统研究了镍基焊材焊接接头元素和显微组织分布、室温与高温下微区域拉伸行为和断裂机理,主要研究工作和结论包括:（1）镍基焊材焊接接头元素与显微组织分布对焊接接头各区域进行金相显微观察与扫描电镜面扫描（EDS）,结果发现:母材（BM）与热影响区（HAZ）元素主要以Fe、Cr元素为主,元素未发生偏析;焊缝区（WM）主要以Cr、Ni和Fe元素为主,含有一定量的Nb与Mo元素并产生偏析;焊缝表面通过扫描电镜（SEM）观察到二次相沉淀,Nb/Mo元素含量上的差异导致沉淀相形貌不同。BM组织为铁素体与珠光体,细晶区（FGHAZ）组织为细小铁素体与珠光体,粗晶热影响区（CGHAZ）为过热组织,即残余奥氏体+马氏体,粗大奥氏体周围分布黑色网状屈氏体。WM主要组织为枝晶,形态尺寸与温度梯度以及Nb/Mo元素含量有关。（2）基于DIC技术评定焊接接头局部拉伸性能利用DIC技术研究了镍基焊材焊接接头的局部力学性能,通过DIC试验得到焊接接头的全场应变并转化为局部应力应变关系,利用Considère准则对不完整的局部应力应变关系进行外推得到焊接接头各区域的抗拉强度与完整的应力应变曲线。结果表明:焊接接头屈服强度σy由BM至WM递增,在WM位置存在一定离散性。利用硬度与屈服强度σy及抗拉强度σus的相关性,将硬度数据与屈服强度以及抗拉强度关联,得到硬度与屈服强度和抗拉强度的经验方程。（3）基于小冲孔试验评定焊接接头室温微区拉伸性能与失效机制基于室温小冲孔试验研究了焊接接头不同区域的屈服载荷Py、抗拉强度σus的关联参数Pmu、最大轴向位移um、断裂能ESPw的分布规律并建立了焊接接头各区域Py与屈服强度σy关联式,结合上述小冲孔参量与常规试验结果的关系发现:HAZ的σy和σus比BM高,BM与HAZ的塑性与断裂韧性相近,WM的强度参量高于BM与HAZ,而塑性韧性参量低于BM与HAZ。此外,通过SPT宏观断口和金相显微观察相结合的方法,研究了焊接接头各区域失效形式与断裂机理。结果发现:BM的失效是由于大量塑性变形导致在滑移带处产生孔洞并形成裂纹扩展,最终造成韧性断裂;WM在断裂前发生较少的颈缩形变,裂纹跨越一次枝晶组织形成断裂失效,断裂形式为穿晶解理和韧性混合断裂。（4）基于小冲孔试验评定焊接接头微区高温拉伸性能与失效机制基于400℃和500℃下小冲孔试验研究了焊接接头不同区域的Py、Pmu、um、ESPw的分布以及随温度的演化规律,并且结合小冲孔参量与常规试验结果的关系发现:400℃下,HAZ的σy、σus、塑性和断裂韧性比BM高,WM的塑性参量、韧性参量与屈服强度参量低于其他区域,抗拉强度参量介于BM与HAZ之间;500℃下,HAZ的σy、塑性和断裂韧性优于BM,σus与BM相近,WM的屈服强度参量与塑性参量低于BM与HAZ,韧性参量介于BM与HAZ之间,抗拉强度参量高于BM与HAZ;此外,随着温度的增加,各区域σy不断降低,塑性不断增加,BM与WM的σus不断降低,HAZ的σus先增后降,WM的断裂韧性不断增加,BM与HAZ的断裂韧性先增后降。通过对比焊接接头各区域室温、400℃和500℃下的小冲孔宏观断口结合500℃下SEM微观断口发现:室温至500℃,BM与HAZ始终保持韧性宏观特征,WM向韧性宏观形貌转变;500℃下,BM与HAZ试样由于显微孔穴随着塑性变形的增加而扩展相连,最终造成韧性断裂;WM试样在高温下塑性与韧性得到改善,观察到大量韧窝、少量解理平台以及贯穿试样厚度方向的解理裂纹,呈现韧-脆混合断口。通过本文的研究,揭示了以ENi Cr Mo-3为焊材的15Cr Mo R焊接接头的元素与显微组织分布,构建了DIC技术与SPT评价焊接接头局部力学性能的方法,并且通过DIC、SPT以及宏观与微观断口观察系统地研究了焊接接头室温至500℃下各区域力学性能分布以及力学性能与失效形式随温度的演化规律,这些研究工作为使用镍基焊材的Cr-Mo钢焊接接头的设计和安全评定提供了理论依据。