管道接头是核电站内常见的焊接结构,其坡口为马鞍形,需要采用GTAW进行多层多道熔敷,手工焊接费时费力且难以保证质量,同时多层多道熔敷带来的大量热输入将对管道接头的焊后残余应力带来较大影响,为管道接头结构在高压环境以及核电站内的安全运行埋下隐患。为提高管道接头的焊接质量,减少对熟练焊工的需求,需要对管道接头GTAW熔敷层开展控形控性研究。本文首先对管道接头马鞍形坡口的轨迹规划进行研究,通过结合其几何形貌特点规划了两种分层方式,即支管径向分层和母管径向分层,提出采用自定义填策略和等截面填充策略相结合的办法对焊缝进行填充,以降低输入参数的数量和轨迹规划工作量,并通过焊接速度随焊接位置变化实现对变截面焊缝的多层多道熔敷轨迹规划。其次,对管道接头熔敷过程的温度场进行了研究,发现两种分层方式的热量累积主要在支管和焊缝区,进而有可能导致焊接变形和支管下陷。然后,对熔敷过程的残余应力进行了研究。支管径向分层方式在焊缝根部造成了较大的残余应力,而母管径向分层方式则在焊缝表面造成了较大的残余应力。对焊缝根部残余应力中的压应力从水平方向和竖直方向进行了分析,发现在支管径向分层方下,后续层熔敷会对已填充材料施加水平方向的压应力,同一层后续道熔敷会对同层已填充材料施加竖直方向的压应力,这一规律在母管径向分层方式上不明显,因而在焊缝根部支管径向分层熔敷将会产生较大的压应力。接着对熔敷过程中的支管位移进行了研究,母管径向分层方式引起的支管的位移较大,最高可达支管径向分层方式的13.7倍,不利于利用规划轨迹进行熔敷,综合以上,确定支管径向分层方式为最佳分层式方式。最后,进行了多层多道熔敷实验,实验结果表明单层最大计算误差0.1mm,最大累积误差不超过0.5mm,实验结果表明所规划轨迹满足实际管道接头GTAW多层多道熔敷的使用需求。本文研究内容对管道接头多层多道熔敷分层以及轨迹规划具有重要意义,对提升核电安全运行提供了可靠保障。