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本文采用有限元法对D406A筒形焊接构件梯度场热处理中温度场和应力场的分布和演变规律进行了模拟计算，并根据试验条件设计并验证了D406A板材焊接构件的温度梯度，在梯度场热处理条件进行了循环热处理细化焊接接头组织晶粒实验，分析了热处理工艺、细化效果及机理。通过建立D406A筒形焊接构件梯度场热处理的有限元模型，发现在热处理过程中，温度沿工件轴向呈现梯度分布，焊缝和热影响区可达到相变温度以上。应力沿轴向呈梯度分布；焊缝处的应力值大于基体，当冷却至室温时，焊缝处的轴向残余应力为压应力状态，值为46.9MPa，基体轴向残余应力为拉应力状态，最大值为16.9MPa；冷却结束时，径向位移沿焊缝对称分布，焊缝中心处位移最大，为0.76mm；工件轴向变形均是伸长，最终伸长量为0.5mm。通过对梯度场热处理的重要工艺参数加热面积的研究表明，增加局部加热区的面积，可以增大发生相变的区域，同时可以有效减小残余应力和抑制残余变形。本文又针对实际试验需求，通过加入循环冷却水的条件设计了符合要求的温度梯度，与用梯度场热处理炉得到的实验结果进行对照，计算结果与实验结果基本符合。通过在梯度场热处理条件下的循环热处理细化晶粒实验表明，在加热温度920℃、保温时间10min的工艺下进行等温α γ循环相变，经3-5次循环后，晶粒得到明显细化，焊缝区由柱状组织细化为6级的等轴晶，热影响区由3-7级细化到7-10级，晶粒尺寸为10-26μm。而在等温循环热处理细化晶粒的基础上提出了变温循环热处理，经过3次变温循环热处理后，晶粒度达到9-11级，晶粒尺寸细化到8-17μm，与等温循环结果相比，各区域之间差距较小，并减少了循环次数。