随着石油、化工、冶金、电力，以及海洋开发等工业领域的发展，焊接技术被越来越广泛地应用在这些领域内所涉及的设备生产和制造。因此一些焊接结构就需要在腐蚀介质环境下长期稳定的工作，而焊接结构都不同程度的存在拉伸焊接残余应力。在腐蚀介质和拉伸残余应力的共同作用下，焊接接头极易产生应力腐蚀断裂。因此正确评估以及消除焊接部位的残余应力，对于提高焊接构件的使用寿命和安全性具有重要的意义。本文以实际生产中广泛应用的2Cr13马氏体不锈钢为研究对象，利用有限元分析方法，并基于SYSWELD焊接专用软件，模拟计算了平板对接焊接过程中的温度场、固态相变、应力场和焊接变形。重点研究了焊接冷却过程中，焊缝区和热影响区发生的由奥氏体向马氏体的固态相变行为对焊接残余应力值大小和分布的影响。作为对比，文中还选择了焊接过程中无固态相变的奥氏体不锈钢SUS304材料，模拟计算相同焊接工艺条件下焊接接头的温度场、应力场和焊后变形。并对比分析了两种材料的计算结果。两种钢的焊接模拟计算都采用相同的双椭球热源模型和相同力学边界条件。计算采用单向耦合计算方式，即先进行温度场的计算，然后把计算得到的温度场以热载荷的方式施加到相同有限元模型上，进行应力场和变形的计算。为了精确计算残余应力和焊接变形，特别考虑到随温度变化的材料热物理参数和力学性能参数。需要指出的是，文中同时考虑了在奥氏体向马氏体转变过程中发生的体积膨胀、屈服强度变化以及相变塑性对焊接残余应力的影响。用Koistien-Marburger方程计算了2Cr13钢焊接接头冷却时马氏体的转变量，用Greenwood-Johnson机制计算了接头组织中马氏体和奥氏体相共存时产生的相变塑性。2Cr13马氏体不锈钢TIG焊平板对接，焊后冷却得到在焊缝及近缝区（含热影响区粗晶区和完全重结晶去）组织基本上为马氏体。对于距离焊缝稍远的热影响区即不完全重结晶区，由于加热过程中只有部分的初始相转变为了奥氏体，故最后得到的组织为初始相和马氏体的混合组织。2Cr13马氏体不锈钢纵向焊接残余应力的分布特征为：在焊缝中心处形成了最大的压缩残余应力，距离焊缝中心越远，压应力值越小，距离焊缝中心继续增大时，压缩残余应力逐渐变为拉伸残余应力，且拉伸残余应力值逐渐增大，拉伸残余应力峰值所在部位为热影响区紧邻母材的区域。值得指出的是，2Cr13马氏体不锈钢焊接接头上不但形成了较小的拉伸残余应力宽度，同时在焊缝和近缝区形成了一定宽度的压缩残余应力。与2Cr13马氏体不锈钢焊接接头的情况大为不同的是，SUS304奥氏体不锈钢焊接接头焊缝和近缝区形成的纵向残余应力为拉应力，且拉伸残余应力的区域宽度明显较宽。计算得到的两种钢在焊缝和近缝区纵向残余应力值及分布上存在明显差异，主要源于2Cr13马氏体不锈钢焊缝和近缝区在冷却的过程中发生了奥氏体到马氏体的相变，相变带来的体积膨胀效应抵消了冷却过程中产生的拉伸应力，并最终形成了压缩残余应力。而SUS304奥氏体焊接时，焊缝及热影响区组织在焊接冷却过程中始终都为稳定的奥氏体相，其焊接残余应力的形成与分布遵循的是单相金属焊接通常会出现的规律，即焊缝及近缝区的焊接残余应力通常为拉伸应力。2Cr13马氏体不锈钢焊缝及近缝区出现压缩应力，这对于提高焊接构件的抗应力腐蚀能力具有非常积极的意义。尤其是接头的近缝区，由于该区极易产生晶粒长大以及合金元素扩散，在拉伸应力和腐蚀介质作用下很容易产生应力腐蚀裂纹。该区最终形成残余压缩应力，有助于从根本上避免产生应力腐蚀裂纹。对SUS304奥氏体不锈钢而言，由于焊缝和热影响区受到很大的拉伸残余应力作用，形成应力腐蚀破坏的几率也就比较大。本文的数值模拟研究结果，为研究焊接过程中固态相变行为对焊接残余应力、应变的影响，以及为探索如何利用这种影响来对改变接头敏感区域的残余应力状态从而达到提高焊接构件的安全运行能力，打下了一定的基础。