对运行管道进行在役焊接修复可保持管道的连续运行，具有巨大的经济效益和广阔的应用前景。本文从材料的在役焊接性入手，探讨了介质因素、管道结构因素和焊接工艺因素对X70管线钢在役焊接热循环、接头组织性能、应力及变形的影响规律。 在建立的运行管道在役焊接试验管线上，以水为介质进行了在役焊接试验研究。结果表明，在役焊接热循环参数tH、t<,8／5>和t<,100>均小于常规焊接。X70管线钢在役焊接接头的组织类型和常规焊接相近，但形态有所差异。在役焊接焊缝主要组织为条状或细小块状晶界先共析铁素体和晶内针状铁素体，粗晶区的主要组织是贝氏体铁素体和粒状贝氏体。水流速度和焊接线能量对在役焊接接头的显微组织有较大影响。在役焊接热影响区的最高硬度远大于常规焊接，在整个接头中管壁上粗晶区的硬度值最大。 深入分析了在役焊接接头与管道内介质之间的换热过程和特点，在充分考虑管道材质及管内介质热物性随温度变化的基础上，修正了现行采用的换热系数公式，并采用SYSWELD软件对运行管道在役焊接热循环、应力及变形进行了数值模拟。结果表明，介质类型、流速、压力、管道壁厚、管道直径和焊接线能量对在役焊接热循环均有较大影响。气管线在役焊接过程中，焊接接头的应力在焊后很快趋于恒定，管道内壁的轴向和环向残余应力均为拉应力；管道径向瞬态变形和残余变形均为外凸变形；气体流速、压力和焊接线能量在不同时刻对管道内壁应力及变形的影响规律不同。 采用焊接热模拟、透射电镜和示波冲击等方法深入研究了X70管线钢在役焊接热影响区的微观组织结构、冲击韧性和断口形貌，并和常规焊接进行了对比。结果表明，金相显微镜下热模拟在役焊接热影响区的组织类型和常规焊接相同，主要为贝氏体铁素体和粒状贝氏体，但各种组织的形态、数量不同。透射电镜下在役焊接粗晶区有少量细小的横穿贝氏体铁素体板条的板条马氏体，再热临界粗晶区存在下贝氏体和板条马氏体的混合组织；常规焊接粗晶区和临界粗晶区生成了少量多边形铁素体或块状贝氏体铁素体。在役焊接再热亚临界粗晶区、再热过临界粗晶区和未变粗晶区的冲击断口为延性断裂形貌，粗晶区和再热临界粗晶区为介于延性断裂和脆性断裂之间的混合断裂形貌。在役焊接热影响区存在粗晶区和再热临界粗晶区两个局部脆化区，未出现再热脆化现象，与常规焊接不同。 本文的研究工作为在役焊接修复提供理论基础，有助于推动在役焊接修复技术的应用和发展。