近年来,马氏体沉淀硬化不锈钢以强度高、耐蚀性好,综合性能优异,被广泛应用于航空航天、海洋、兵器工业等领域。由于这类零部件服役环境恶劣,所以在采用焊接热加工时,对焊接接头的质量要求更高。在使用传统熔化焊时,容易产生焊缝偏析、接头软化、强度降低等问题,而使用固态焊接、高能束焊接时可以有效的减小这些问题,因此选择等离子弧焊接进行试验并且有必要严格的制定焊接工艺及焊后热处理工艺。本文以6mm厚的15-5PH为研究对象,开展等离子弧焊接及焊后热处理。通过焊接工艺试验,研究等离子弧焊接中焊接电流、离子气流量、焊接速度对焊缝成形及力学性能的影响。基于对母材热处理的研究,应用到焊接接头上;分析不同焊接热处理方式对焊接接头的组织与性能影响。试验结果表明,焊接电流及离子气流量对接头成形及力学性能有重要影响,在一定范围内增加焊接电流及离子气流量,可提高电弧穿透能力,有效避免未焊透和气孔等缺陷,提高焊缝力学性能;随着焊接速度的增大,焊接线能量降低,焊缝熔宽减小,正面余高增大,但对力学性能影响较小。对于气孔,特别是贯穿性气孔可以通过改变冷却条件(预热并降低焊接速度)来降低产生的可能性。正交优化试验中,等离子弧焊接最佳工艺为焊接电流220A,离子气流量3.0L/min,焊接速度400mm/min,焊后无缺陷,其中离子气流量为主要影响因子。接头主要分为焊缝区、粗晶区、两相区及母材区。与TIG对比中发现,由于TIG焊时,焊接线能量高且多道焊接,使得PAW接头焊接热影响区小于TIG接头,性能也更佳,抗拉强度达1100MPa,冲击韧性为20.5J,延伸率为8.0%。母材经过1050℃1h固溶处理后,组织为淬火马氏体。再经550℃4h时效处理后逆转变奥氏体及析出相开始出现,随着时效温度的增大,逆转变奥氏体含量增多,析出相粗化降低了材料的抗拉强度,改善了材料的冲击韧性。固溶处理及固溶时效处理后,焊接接头两相区基本消失。固溶时效态的接头具有最好的综合性能,组织为回火马氏体+逆转变奥氏体。单一时效的接头两相区依然存在,且与焊态接头两相区基本没变化,致使两相区强度相对较低。从显微硬度看,固溶时效具有最高的硬度,从HAZ到母材,硬度值起伏不大,而焊态接头及单一时效态接头软化区的硬度呈V型分布。固溶处理后,焊接接头的断裂方式从焊态的结晶状+韧窝的准解理断裂变为结晶状脆性断裂。而单一时效及固溶时效的微观断口呈微孔聚集型。综合来看,固溶时效后的接头塑韧性更好。