本文就焊接过程热力耦合数值模拟及其应用问题，进行了以下几方面的研究：以无坡口对接钨极氩弧焊作为焊接工艺条件，通过试验确定热源模型；利用焊件上、下表面的温度场检测结果来验证模拟计算的准确性；分析焊接工艺参数对焊接温度场的影响；应用弹塑性力学理论及有限元方法进行焊接应力场和位移场的数值模拟；建立了基于人工神经网络和数值模拟的焊缝偏差模型并应用于焊缝跟踪。 基于对各种数值计算方法和焊接热源模型的分析，针对实际焊接工艺中的焊缝间隙和焊炬偏离焊缝中心问题更为普遍存在的事实，建立了应用双椭圆形热源模型的三维有限元数值分析模型。主要以焊接电流、焊接速度、焊缝间隙以及焊炬偏离焊缝中心的偏心距四个焊接工艺参数作为考察变量，选择低碳钢作为试验材料，利用红外测温仪测量焊件正面多个测点的热循环曲线，以此来修正双椭圆分布热源模型参数，将有限元解同实验结果进行了比较，两者基本吻合，表明了该分析模型的有效性。 在数值计算中，考虑了材料热物性、弹性模量和屈服应力等物理和力学性能依赖于温度变化的非线性问题，同时提出了熔化潜热问题的处理方法。 在试验研究中，为了减少试验次数，采用了正交设计方案。以测量点热循环中的峰值温度为代表，并结合正交试验理论，分析了上述四个工艺参数对于温度场的影响次序，结果表明焊炬偏心距对焊接温度场的影响很大，而这一点，是以往的温度场数值研究中所忽视的，需要引起注意。 以三维温度场有限元数值解为基础，应用热弹塑性有限元方法，得到了不同时刻热应力场的演化历史和位移场的分布，分析了焊接电流、焊接速度和焊炬偏心距等工艺参数对应力场和位移场的影响，为焊接残余应力和变形的进一步研究打下了良好的基础。 焊接温度场的实时检测为实现焊接过程的动态监测和进一步的焊接质量控制提供了基础。为了保证焊接质量，动态跟踪焊炬的位置是相当重要的。利用背面温度场滞后信息，通过人工神经网络技术建立了焊炬偏心距与多组工艺参数之间的智能模型，探讨了用人工神经网络技术来表征输入输出量间定量关系的方法和效果。试验和数值模拟结果表明了背面等温线宽度可以反映熔透信息。