蜗壳是混流式水轮机中的引水部分,来自上游的水需要通过蜗壳才能进入转子中进行发电,蜗壳跟转子之间是通过座环和导叶实现通水。水利发电来自上游的水往往都有着极大的重力势能,这也就对蜗壳跟座环之间的连接强度要求较高,而蜗壳跟座环之间通过焊接方式实现连接。近年来随着计算机技术的发展,通过有限元模拟技术在解决焊接问题上也得到了显著的提升,但对于结构复杂、尺寸较大的大型焊接构件,由于模型建模困难,单元数量过多导致计算量大,使得大型焊接工程在数值模拟中难以实现,通过数值模拟的方法在精度上还不能得到准确的保证,要想精确的量化分析仍然比较困难。水轮机蜗壳-座环的焊接,属于典型的多层多道焊焊接而成的大型结构件,由于结构过大易产生较大的残余应力和变形从而导致裂纹产生,目前为止,各界学者对蜗壳-座环的焊接做出的相关报道与研究还相对较少。本文首先基于Marc软件对蜗壳-座环焊接做三维数值模拟,并通过单元的激活与杀死对焊缝进行焊接模拟计算,最终得到温度场、残余应力场以及变形结果。再通过盲孔法对残余应力进行测试,分别取焊接接头附近多个不同的位置进行测量,测得结果发现:在垂直于焊缝方向的座环上,座环外侧呈现出拉应力,座环内侧呈现出压应力;在座环的外侧且位于焊接接头的两端处均呈现出压应力。除此之外,本文针对蜗壳-座环焊后残余应力过大导致裂纹产生的问题继续做深入讨论,进一步针对蜗壳-座环的焊接顺序及焊前预热温度两方面影响因素做了仿真模拟,最终得到蜗壳-座环连接焊缝处较小残余应力的焊接方法。概括本文的研究成果有如下几点:(1)蜗壳-座环焊接由于模型结构巨大,因涉及多层多道焊,使得极易产生裂纹和变形,通过应力实验测量以及数值模拟的数据对比,其两者的结果基本吻合,充分说明了实验的可行性和模拟方法的有效性。(2)蜗壳-座环连接焊缝处的最大残余应力分布在位于焊缝附近的蜗壳内侧表面上,并且蜗壳内侧的残余应力远大于外侧,内侧比外侧更容易发生断裂,内侧面属于危险面。(3)通过对不同的焊接顺序及预热温度的数值模拟结果表明:按照先焊接外侧后焊接内侧的顺序会大大降低残余应力,并且内外侧反向焊接会略低于同向焊接的残余应力;预热后比未预热的残余应力小很多,在30℃～120℃区间提升相同的预热温度下,残余应力值降低的量比在120℃～240℃区间更多。