焊接是压力容器制造的主要连接方式,失效分析结果表明,众多事故的发生都与压力容器壳体质量薄弱的焊接接头相关。因此,焊接接头的安全性评定是十分重要的,而焊接工艺参数、道次和顺序是影响焊接接头质量的关键因素。鉴于此,本文针对压力容器用Q345R钢,一方面,采用相关试验设备对实芯和药芯CO₂焊的焊接接头力学性能、显微组织及硬度进行测试分析,进而开展焊接工艺评定,为生产实践提供焊接参考;另一方面,采用相关软件模拟CO₂焊的焊接接头的温度、残余应力和应变,为实际焊接参数的优化提供理论依据。同时,企业调研及文献查阅发现,目前有很多关于线能量改变对焊接接头影响的研究,而基于焊接线能量恒定,研究不同焊接速度对焊接接头的影响很少。鉴于此,为进一步提高数值模拟在生产中的适用性,本论文研究了CO₂单道次焊的双椭球热源尺寸参数（熔宽、熔深和前、后半球熔长）对熔池的影响以及四种焊接顺序对不同长度焊缝的应力及变形影响。研究结果表明:1.26 mm厚Q345R钢实芯和药芯CO₂焊的两种焊接接头工艺评定:1)宏观观察、X射线探伤检查和显微组织及硬度测试分析:两个焊缝成型良好,药芯CO₂焊的焊缝更均匀、美观、有光泽和不易生锈;两个焊缝射线检查均合格;两个接头的显微组织均为铁素体和珠光体;两个接头的硬度呈相似的分布规律,均为熔合区硬度高,远离该区硬度迅速降低在190HV²40HV。2)拉伸、弯曲、冲击力学性能试验测试分析:两种接头平均抗拉强度为578.1MPa和555.1MPa均比母材550MPa高,实芯CO₂焊的焊接接头强度高,但其韧性较低。3)两种焊接接头均满足NBT47014-2011承压设备焊接工艺评定要求。2.Q345R钢CO₂单道次焊热源参数的数值模拟研究可知:改变熔宽、熔深和前、后半球熔长参数会对焊缝熔池中心的温度、熔长、熔宽和熔深尺寸有一定的影响。3.Q345R钢CO₂单道次焊不同焊接顺序的数值模拟研究可知:400⁶00 mm长焊缝适合分段退焊法焊接;600¹000 mm长的焊缝适合跳焊法焊接;长焊缝即大于1000 mm的适用于对称焊法焊接;短焊缝即小于400 mm的适用于连续焊法焊接。4.26 mm厚Q345R钢两种焊接工艺的数值模拟对比分析表明:模拟的焊缝熔池形貌与实际焊缝熔池形貌结果相符;相同焊接接头区域的残余应力分布规律相似;焊后残余应力值受焊材影响,其中实芯焊丝的残余应力值较大且最大为465MPa。5.相同焊接线能量不同焊速的26 mm厚Q345R钢药芯CO₂焊数值模拟对比分析表明:焊接线能量恒定条件下,随着焊接速度减小,焊件温度梯度和残余应力减小;结合焊接速度正交模拟试验中残余应力及应变大小、冷却时间t_8/5模拟结果和焊接效率可知,该模拟条件下,选择焊接速度为5 mm/s的药芯CO₂焊效果最优。