焊接型转子作为汽轮发电设备的核心部件,具有成本低、性能高等优势,成为汽轮机制造行业的全新高端技术。9Cr钢是高参数汽轮机转子用钢,在高温、高压环境下具有很好的蠕变、疲劳性能,为了制造出满足不同温度环境和载荷需求的一体化汽轮机转子,需要将较高温度环境使用的9Cr钢与中温环境使用的CrMoV钢进行焊接,而接头的性能可靠性评估则成为焊接接头安全运行的关键。汽轮机焊接转子在启停时受到巨大的冲击作用,断裂是焊接接头失效的主要方式之一。因此,研究焊接型汽轮机转子断裂韧性及其断裂机理对于焊接接头可靠性评定、优化结构设计具有重要的意义。本文从焊接接头微观组织、接头力学性能及断裂模式,并辅助裂纹扩展数值模拟方法,系统研究9Cr/CrMoV异种焊接接头断裂韧性及其机理,为更好地理解焊接接头的断裂行为及合理评价接头性能提供理论及技术支撑。首先,通过金相分析、显微硬度分析等研究手段,系统分析了整个接头各个区域的微观组织结构,发现9Cr/CrMoV焊接接头各个区域显微组织差异较大:CrMoV母材（CrMoV-BM）基体组织为粒状贝氏体,9Cr母材（9Cr-BM）基体组织为板条状马氏体,CrMoV热影响区（CrMoV-HAZ）和9Cr热影响区（9Cr-HAZ）都具有明显的粗晶区和细晶区,热影响区碳化物析出严重;且发现在9Cr-HAZ一侧发生碳元素迁移现象,出现了宽度约为37μm的富碳层和贫碳层。9Cr/CrMoV焊接接头显微硬度分布不均匀,9Cr一侧显微硬度值远大于CrMoV一侧,这与基体组织关系密切;由于碳化物在热影响区发生析出、聚集,导致热影响区显微硬度值明显大于母材;在母材与热影响区之间存在一个软化区,该区域的形成是由焊接过程中的“过回火”作用造成的,不利于整个焊接接头力学性能的提高。其次,采用多试样法,通过三点弯曲试验获得9Cr/CrMoV焊接接头各个区域的断裂韧性值,CrMoV-BM、CrMoV-HAZ以及WM的JIC值分别为321.7 k J/m2、266.1 k J/m2、176.2k J/m2,9Cr-BM、9Cr-HAZ的KQ值分别为124.9 MPam1/2、115.3 MPam1/2。结合断口分析,探究了焊接接头不同区域裂纹扩展行为。通过对比CrMoV-BM与CrMoV-HAZ的断口形貌,发现断口中孔洞直径越大,形成过程中消耗能量越多,对裂纹的扩展阻力越大。采用透射电子显微镜（TEM）分析手段,观测CrMoV-BM、9Cr-BM二次相粒子形貌、分布情况,在9Cr-BM的马氏体板条边界观测到棒状碳化物分布,易成为裂纹起裂点。为解释焊缝区J-Δa阻力曲线数据点分散的现象,试验测量了焊缝中等轴晶区和柱状晶区断裂韧性值,并研究了两区域裂纹扩展模式的不同,发现等轴状晶粒对裂纹扩展的阻力更大。最后,结合数值模拟手段,计算均质材料裂纹、界面裂纹的扩展阻力和扩展行为。采用ABAQUS软件建立了焊接接头断裂韧性有限元数值模型,对于韧性材料使用基于孔洞的GTN断裂模型,对于脆性材料使用Brittle Cracking断裂模型。基于标定出的CrMoV-BM、CrMoV-HAZ以及焊缝区（WM）的GTN参数,计算出了三区域J-Δa阻力曲线及JIC值,并通过试验验证了该系列参数的可靠性。数值模拟结果发现CrMoV-BM与CrMoV-HAZ界面裂纹包含主裂纹和次裂纹,主裂纹沿界面扩展次裂纹在CrMoV-BM中扩展;9Cr-HAZ与WM界面裂纹会向WM一侧偏移扩展,远离界面0.5 mm、1 mm的裂纹甚至会跨过界面到WM中扩展。初始裂纹长度对裂纹扩展阻力影响明显,初始裂纹长度越大,裂纹扩展阻力越小,这是因为长初始裂纹尖端三轴应力、等效塑性应变更大,材料损伤更严重,裂纹更易起裂、扩展。通过试验和数值模拟研究表明,异种金属焊接接头由于其组织、力学性能的不匹配性导致各微区断裂韧性差异很大、断裂机理不尽相同。焊接接头各微区断裂韧度值的差异主要跟基体组织及碳化物分布有关,贝氏体组织相对于马氏体组织硬度小、韧度高,而对于基体组织相同的区域,晶粒越小,断裂韧性越好。数值模拟研究发现界面裂纹由于材料力学性能的不匹配性,导致扩展过程中会向低强度材料一侧偏折。因此,为准确评定整个焊接接头的断裂韧性,需要综合每一个微区的断裂性能。可通过改变接头各部位的力学匹配系数,从而获得综合性能良好的焊接接头。