随着氢能源的发展,管道输送被认为是大规模输氢最有效的方式。由于管道大多采用焊接连接,焊接过程中的不均匀受热导致焊接接头产生残余应力,在服役过程中,管输介质中的氢会向残余应力集中区域聚集,从而加剧裂纹产生的危害性。本文对管道焊接过程进行模拟,分析了管道焊接时的瞬态温度场分布情况和焊后残余应力分布规律,并对焊接残余应力状态下的氢扩散行为进行了模拟研究,为输氢管道的技术标准提供理论依据。建立了管道三层环向对接焊的三维有限元模型,实现了管道多层焊接焊缝填充过程的模拟,得到了管道焊接过程中的温度分布规律,并讨论了焊接工艺参数和结构尺寸参数对管道多层焊接温度场分布的影响。结果表明,提高焊接线能量和预热温度能降低焊接区域冷却速率,从而使层间温度差减小,管道壁厚越小,焊缝区域峰值温度越高。采用顺序间接耦合方法,将管道焊接温度场结果导入应力计算模型中,计算得到了管道焊后残余应力的分布状态,并分析了不同影响因素下的应力变化情况。结果得出,第二层焊缝与第三层焊缝交界处为应力最集中区域,在管道三层焊接中,盖面焊线能量对残余应力的影响最大,打底焊线能量的影响最小,同时,管道壁厚和预热温度也会对残余应力分布产生影响。将焊接残余应力导入氢扩散模型中进行耦合计算,对比分析了有、无焊接残余应力作用下氢在管道钢中的扩散行为,并讨论了不同焊接层的热输入量、管道壁厚以及预热温度对氢浓度分布规律的影响,发现提高填充焊线能量、降低盖面焊线能量以及提高预热温度都可以有效降低管线钢中氢浓度富集程度。