目前国内石油井架存在的主要问题是结构过于笨重,无法满足石油装备发展模块化、移运性和高强度的要求。针对这一问题,采用高强度级别钢材替代传统钢材是一个合理的选择,因此本文选择Q460E钢作为母材进行了焊接试验及性能测试,其焊接接头具有较高的强度和较好的低温韧性,在获得更高强度的同时能够减轻井架的重量,满足了石油装备发展对移运性和高强度的要求,有利于井架生产的模块化和高效率。在此基础上,结合焊接接头力学性能和金相组织,深入探讨了焊接材料中合金成分及配比对焊接组织及性能的影响。通过分析发现,采用多元微合金化以及严格控制焊材中S、P的含量能有效地改善焊接接头的性能,尤其是添加适量的Ni、Mo再辅以其它微合金元素能显著改善焊接接头的低温冲击性能。基于此,通过调整合金系和药皮配方,试制了55公斤级低氢型焊条,并采用该焊条进行了焊接试验及性能测试,该焊条完全满足Q460E钢的焊接要求,尤其是低温冲击性能方面有明显的改善,为Q460E等高强度钢在焊接材料方面提供了更好的选择。Q460E作为一种高强度承载结构钢,其焊接残余应力将对结构安全性及使用寿命产生重要影响,为了研究其残余应力水平及分布状态,本文利用Ansys软件对焊接过程进行了数值模拟,并分析了焊接过程中温度场和应力应变场的变化规律。为了验证模拟结果的有效性,采用盲孔法进行了焊接残余应力测试。结果表明,模拟结果与测试结果吻合较好,数值模拟可作为预测重要结构焊接残余应力的一种有效手段,同时也为优化焊接工艺提供了科学依据。