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铁素体/奥氏体异种钢焊接接头是核电和火电装备中常见的接头形式。然而,由于此类异种钢焊接接头存在不均匀的材料组织和力学性能、复杂的残余应力分布和材料敏化问题,在服役过程中常会发生应力腐蚀裂纹以及沿熔合线开裂的早期失效,影响核电和火电设备的安全稳定运行。因此,研究铁素体/奥氏体异种钢焊接接头在焊接过程中的应力/应变力学行为和材料敏化问题,从而针对性调控危险区域的冶金组织和残余应力具有重要的科学意义和工程应用价值。本文针对P92/SUS304异种钢平板对接接头和SA508/SUS316异种钢管-板焊接接头的焊接残余应力进行了系统和深入的有限元模拟和实验测量研究,对影响焊接残余应力计算精度的诸因素进行了理论分析;同时,建立了SUS304奥氏体不锈钢焊接敏化程度的预测模型,对异种钢对接接头不锈钢侧的焊接敏化问题进行了研究。为了提高焊接数值模拟计算精度,首先需要建立合理的材料模型。对于P92铁素体耐热钢,基于淬火+短时回火热处理实验数据建立了马氏体回火模型;基于Satoh数值实验以及P92钢两道重熔接头的焊接有限元分析,研究了马氏体相变、马氏体回火转变、应变硬化以及固态相变对应变硬化的清除效应等因素对P92钢冶金组织和焊接残余应力计算精度的影响。对于奥氏体不锈钢（如304不锈钢和316不锈钢）,基于短时退火实验数据开发了新的动态退火模型;基于Satoh数值实验以及316不锈钢厚壁管-管对接接头的焊接有限元分析,研究了应变硬化模型（各向同性硬化模型和Chaboche混合硬化模型）和退火模型（阶跃退火模型和动态退火模型）对焊接残余应力计算精度的影响;以316LN不锈钢平板对接接头为研究对象,对比了分别采用阶跃退火模型、分步退火模型和动态退火模型的焊接残余应力和累积塑性应变模拟结果,评价了现有的退火模型以及本文提出的动态退火模型的优点和局限性。研究结果表明,马氏体相变和马氏体回火转变等固态相变因素对P92钢的冶金组织和焊接残余应力具有显著影响,在材料模型中需要进行详细考虑;对于应变硬化模型,采用Chaboche混合硬化模型能够获得较高的残余应力计算精度,而采用各向同性硬化模型能够获得偏保守的残余应力计算结果;在考虑材料应变硬化的同时,需要考虑固态相变、动态回复和再结晶等因素对应变硬化的清除效应。针对奥氏体不锈钢,本文提出的动态退火模型具有较高的计算精度,而对于工程应用可以采用形式简单的阶跃退火模型,建议将阶跃退火温度设定为900～1000℃。基于本文开发的高精度材料模型,采用数值模拟与实验测量相结合的方法研究了P92/SUS304异种钢平板对接接头的残余应力和焊接敏化。首先,基于时间-温度-碳化物沉积（TTP）曲线建立了用于预测SUS304不锈钢碳化物析出程度和焊接敏化区的计算模型,基于时间-温度-敏化（TTS）曲线开发了用于预测SUS304不锈钢焊接敏化程度的计算模型。然后,采用Sysweld软件建立了“热-冶金-力学”耦合的焊接有限元计算方法,对异种钢对接接头的焊接残余应力进行了数值模拟研究;基于Abaqus软件平台开发了“热-敏化”耦合的有限元计算方法,对异种钢对接接头不锈钢侧的焊接敏化区域和程度进行了数值模拟研究。同时,采用中子衍射法和小孔法分别测量了异种钢对接接头内部和表面的残余应力/应变分布,采用腐蚀实验和双环EPR电化学试验对焊接敏化模拟结果进行了实验验证。研究结果表明,P92/SUS304异种钢平板对接接头的残余应力模拟结果与测量结果吻合良好,异种钢对接接头的残余应力分布呈现出极强的不均匀性和非常大的应力梯度,P92钢焊接热影响区的纵向和横向残余应力峰值均超过600 MPa。异种钢对接接头不锈钢侧的焊接敏化区域和敏化程度与测量结果吻合良好。在异种钢对接接头不锈钢侧焊根附近存在较高的纵向残余拉伸应力、较大的累积塑性应变及较严重的材料敏化程度,因此,该区域具有较高的应力腐蚀开裂倾向。以SA508/SUS316异种钢管-板焊接接头为研究对象,开展了多工艺链集成计算,研究了异种钢焊接接头在“堆焊-热处理-机加工-焊接”加工制造过程中的应力演变。对于SA508低合金钢,建立了考虑奥氏体相变、贝氏体相变、马氏体相变和回火转变的固态相变模型以及蠕变模型。研究了固态相变在堆焊和热处理过程中对SA508钢残余应力分布的影响,分析了焊后热处理中蠕变效应、材料力学性能随温度的变化以及材料的回火软化等因素对焊接残余应力形成过程的影响。研究结果表明,焊接完成后,异种钢管-板焊接接头不锈钢圆管内壁存在一个双轴拉伸应力区域,其周向和轴向残余应力均约为200～300 MPa,这一位置具有一定的应力腐蚀开裂倾向。热处理过程的蠕变和应力松弛作用对降低残余应力具有显著的作用,基本清除了SA508钢在堆焊过程中形成的残余应力;而材料的高温力学性能变化和回火软化对残余应力的影响相对较小。当采用有限元计算方法分析SA508钢焊后热处理的残余应力分布时,可以忽略材料的固态相变作用。