蜗壳与座环是混流式水轮机的重要组成部分,分别发挥引水和承重作用。来自上游的水对蜗壳巨大的冲击力很容易使蜗壳与座环之间产生裂纹甚至开裂,严重影响水轮机的正常运行,所以这就对蜗壳与座环之间的连接方式提出了更高的要求,当前蜗壳与座环的连接方式一般选用焊接（熔化焊）,由于焊接热源的高温作用,在焊缝和热影响区会产生热应力,此外由于蜗壳与座环的材料大多为Q345钢,作为一种典型的低合金高强钢,在高温作用下会发生相变效应,产生相变应力,热应力与相变应力共同作用形成焊后残余应力,对水轮机的正常运行产生巨大的安全隐患。本文以大型通用有限元分析软件MSC.Marc为平台,建立了考虑相变效应的“温度-组织-应力”多场耦合非线性有限元计算方法,研究了相变对Q345钢平板焊接过程中温度和残余应力的影响,结果表明相变对温度场的影响较小,但是在焊缝区考虑相变计算得到的残余应力峰值达到533.9MPa,且分布更加集中,明显高于母材的屈服极限,而不考虑相变影响,焊缝区的残余应力峰值仅有352.2MPa,且分布更加均匀。结合相变数值模拟,是由于在焊缝区高温作用下发生复杂的相变效应,产生了大量屈服强度较高的贝氏体导致的。其次,对平板焊接进行相关实验验证,分别设计了热电偶测温实验、盲孔法测残余应力实验以及金相实验,实测温度与两种情况下计算结果大致相同,表明相变对温度场的影响较小;在焊缝和热影响区的残余应力实测结果与考虑相变计算结果更接近,在远离焊缝的母材区实测结果与两种情况计算结果均较吻合,最后辅以金相实验,在焊缝区主要分布有铁素体和贝氏体以及少量的珠光体,远离焊缝的母材区主要分布有铁素体和珠光体,与相变数值模拟结果吻合良好,证明第三章结论的正确性,同时证明本文建立的“温度-组织-应力”多场耦合有限元计算模型的准确性。最后,运用该多场耦合模型计算蜗壳-座环焊接的温度场、组织分布和残余应力,结果表明在焊缝区的峰值温度最高,温度梯度大,且温度变化剧烈,在远离焊缝区峰值温度明显降低;在焊缝区会发生明显的相变效应,生成大量贝氏体、铁素体以及少量的珠光体,显著提高焊缝的残余应力值,蜗壳-座环焊接内侧焊缝残余应力范围大致为499.1MPa～554.5MPa,外侧焊缝残余应力大致为443.6MPa～499.1MPa,而在远离焊缝的位置,由于不会发生相变,则残余应力要远低于焊缝,甚至趋近于零。