核反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)是压水堆的关键设备之一,其完整性对反应堆安全具有举足轻重的地位。控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism,CRDM)管座贯穿于RPV上封头之中并与其焊接,所形成的J型坡口焊接形式复杂且不经热消除,焊接残余应力水平较高,可能诱发应力腐蚀,使堆芯冷却剂泄漏,严重影响核电站安全可靠运行。因此有必要对RPV上封头与CRDM贯穿件J型焊缝区的残余应力产生、分布规律及开裂进行研究,从而为核电异种材料焊缝的质量评定和寿命预测提供参考,优化焊接工艺,确保RPV全寿命周期内的安全可靠运行。本文以核反应堆压力容器上封头与CRDM贯穿件的装配底座J型焊缝为研究对象,展开了如下研究工作:(1)首先使用Simufact Welding软件采用热弹塑性有限元法计算CRDM底座焊接过程温度场及残余应力场,分析焊缝表面及贯穿件的受力规律;然后采用盲孔法对全尺寸样品进行试验测量,以对有限元法的计算结果进行有效性验证,得出两者的应力分布规律符合良好,表明本文提出的模拟方法可有效反映J型坡口焊缝多层多道焊的焊接残余应力分布情况。(2)通过对不同坡口形式,不同焊接工艺参数条件下焊后应力残余应力的对比,得到了焊接条件对残余应力分布的影响情况。结果表明:其余焊接条件相同时,焊接残余应力与层间冷却时间呈正相关,而与焊接速度大小呈负相关。(3)在J型坡口的焊接模拟过程中,分析了贯穿件的焊接角变形规律,结果表明贯穿件受热源影响变形总是与热源方向相反。热源加载过程中,加热区域受热膨胀引起该部位角变形增大,且已焊接区域焊道降温收缩,在两者共同作用下贯穿件总是倾斜向焊接起始端方向。