不锈钢薄壁筒体在焊接内衬板时因壁厚较薄,产生的焊接变形较大,焊接质量无法得到保证,而且由于工件较大,加大了工人的劳动强度,降低了生产效率。因此本文在考虑初始残余应力的情况下,通过有限元分析软件模拟筒体及内衬板的焊接变形,针对该变形结果设计相应的焊接工装夹具来减小工件焊接变形提高工人工作效率。在查阅国内外文献资料的基础上,以不锈钢筒体内衬板焊接为研究对象,研究了焊接变形的有限元计算过程和焊接工装夹具设计理论。对筒体内衬板进行焊接工艺分析,以降低焊接过程中筒体及内衬板产生的变形为目标,通过研究筒体及内衬板在焊接过程中的运送方式、焊接方法及筒体在焊接过程中的定位基准面,经过多种焊接方式的对比,选择氩弧焊焊接方法。对筒体内衬板焊接过程进行预变形分析,选用有限元分析软件的瞬态结构分析模块模拟筒体卷制过程,求解卷制过程的受力和变形。将求解得到的应力值作为初始应力,采用热结构直接耦合的方法,通过APDL命令流读取初始应力,设置相应载荷与约束条件,运用moving heat flux插件完成筒体直焊缝焊接过程,重复读取初始应力值,求解筒体及衬板的最终应力值是114.7MPa,变形值为3.14mm。通过与未施加初始残余应力的应力变形结果进行对比,分析考虑初始残余应力对筒体衬板焊接的影响。采用实验验证方法,测试筒体完成直焊缝焊接后的残余应力,结果表明:测试实验数值与仿真数值一致。筒体及衬板在自由焊接情况下变形值为3.14mm,变形值较大无法满足设计要求。为减小焊接变形对筒体焊接衬板工序的焊接工装夹具进行了结构设计,根据筒体衬板焊接夹具的设计要求,求解筒体固定夹紧状态下所需夹紧力及衬板所需吸附力,对其定位元件、夹紧元件、翻转移动机构、夹具体及其他零件进行了设计。对焊接工装夹具性能进行分析。对其定位误差进行计算,定位误差值小于0.5mm的焊缝间距限制。对筒体在焊接工装夹具的定位夹紧过程进行了变形分析,求得筒体的最大变形为0.36mm,最大等效应力值为14.21MPa,满足设计要求。对安置于工装夹具的筒体及衬板进行焊接变形仿真,求得结果与未使用焊接工装夹具情况对比,筒体变形值得到有效控制,且变形值减小了 77%。对筒体焊接变形进行了实验研究,通过比较6个测试点的实验数值与仿真数值,证实了仿真结果的正确性及夹具设计的合理性。