大型钢结构和管道工程项目中的厚板连接往往采用焊接方式,由于焊接过程中高度集中的瞬时热输入,在焊接过程中和焊后将会产生相当大的残余应力和残余变形。焊接残余应力会严重影响结构的使用性能,同时由于厚板焊接残余应力场的影响因素众多,变化复杂,因此,对厚板焊接残余应力的研究具有很重要的现实意义。本文研究对象为两块厚度为100mm的厚板,材质为A105阀门用钢,采用埋弧自动焊进行多层多道焊接。焊接坡口为窄间隙U型坡口,焊接形式为对接焊。本文首先使用X-350AL型X射线应力测量仪,平面双向非等间距布置测点,对厚板焊接后的表面残余应力场进行了测量。然后分析实验数据,给出残余应力分布曲线,根据应力分布状体总结出残余应力的分布规律。接着使用通用有限元计算软件MSC.Mrac2007中新增的WELD PATH功能来定义焊接路径,对焊接过程进行建模计算。焊接残余应力计算结果和测量结果表明,两者基本吻合,证明了该模拟方法的有效性。在验证了表面残余应力后,厚度方向的残余应力值可以从计算结果中得出,解决了厚度方向应力难得出的问题。最后,对于表面残余应力沿焊缝方向、焊缝垂直方向以及厚度方向应力σz的分布规律,采用了基于Levenberg-Marquardt法和通用全局优化算法拟合分布曲线,给出拟合方程。并进一步分析了表面焊缝区域的二维分布曲面,提出残余应力的二维分布模型。本文中建立的有限元模型和提出的残余应力分布公式可为实际焊接工作提供指导依据,为以后的焊接残余应力分布研究提供参考。