低合金高强钢在工程结构制造中通常需要焊接，焊接接头性能优劣决定着构件的使用安全，而接头的性能与组织密切相关，对接头的组织和性能进行预测是一个研究热点。本文以10mm厚Q690D钢板为研究对象，应用Gleeble-1500D热模拟机和L78-RITA淬火相变仪对母材进行不同热循环的模拟实验，并绘制焊接CCT曲线；采用GMAW焊接方法进行平板三道次对焊，在光学显微镜及扫描电镜下观察和分析焊缝和热影响区的组织转变特征，并通过硬度测试、拉伸和冲击实验分析接头的力学性能，在此基础上，应用ANSYS有限元软件对多道次焊接过程进行数值模拟，并对热影响区宽度及组织进行预测，从而为焊接质量控制提供依据。热模拟实验结果表明，在粗晶区连续冷却过程中，贝氏体、先共析铁素体及珠光体开始形成的临界t8/5分别为4s，500s和1200s；当t8/5为4.4~30s时，得到板条马氏体和贝氏体混合组织；t8/5为60~200s时，组织全部为贝氏体。在单次热循环过程中，当峰值温度为880~1150℃时组织晶粒细化，峰值温度高于1150℃时晶粒粗化，峰值温度为880℃时铁素体含量较高，硬度最小；过热粗晶区组织经历峰值温度为800℃的再热循环后，在晶界处形成晶粒细小的贝氏体组织，为部分奥氏体化的结果。在Q690D钢板焊接实验中，焊缝组织以针状铁素体为主，过热粗晶区组织为板条马氏体和贝氏体组织；在不完全淬火区，出现硬度最低值，发生软化现象；焊缝低温冲击功超过100J，热影响区的低温冲击功约为50J，焊接电流的增加使熔合区的冲击功下降；两种工艺的接头强度均超过780MPa，满足性能要求。在热模拟实验及焊接CCT曲线的基础上，通过模拟计算的温度场结果预测Q690D钢热影响区的宽度及各道次的组织类型和分布情况，与实验结果吻合较好，因此，采用数值模拟的方式，以焊接CCT曲线为边界条件，可精确预测多道次焊接热影响区宽度及组织，可作为优化焊接工艺的方法，并能提高效率，降低成本。