本研究采用单一埋弧自动焊、单一CO2气体保护焊、CO2气体保护焊+埋弧焊焊接方法，对AH36薄板（板厚6mm）进行了焊接试验。重点研究了在不同的焊接方法、焊接工艺参数、接头冷却条件下，焊接接头的组织演变特征，焊接接头的力学行为，以及对焊接残余变形和残余应力的影响规律。研究结果表明，无论是单一CO2气体保护焊或是CO2气体保护焊+埋弧焊，焊接接头抗拉强度、弯曲性能和冲击韧性都满足CCS规范要求，接头力学性能之所以产生一定差异，主要是焊缝金属、热影响区的铁素体和珠光体的体积百分数以及魏氏组织、淬硬组织的生成量不同造成的。适当的焊缝背面雾化水冷，可以细化或改善焊接接头组织，控制焊缝柱状晶形态，减少铁素体生成量，适量增加珠光体含量，从而确保焊缝金属具有良好的综合力学性能。通过增加焊缝层数和道数，降低每层焊接热输入，可以控制组织及晶粒尺寸，但对于立焊位置焊接AH36钢的效果不明显。采用钢板衬垫单一埋弧自动焊，由于钢板衬垫加速了焊接区域的冷却速度，限制了热影响区晶粒长大，可以有效改善热影响区的冲击韧性，但对焊缝中心区域组织及性能影响较小。利用ANSYS有限元分析软件对AH36薄板（板厚6mm）的温度场、应力应变场进行模拟计算，有限元模拟结果表明雾化水冷不仅能降低试件温度，也能使焊接温度场产生畸变，对二层二道焊，冷源对第二层焊道激冷作用无第一层焊道明显；通过改变焊接温度场，雾化水冷能够有效降低焊缝纵向压缩塑性变形，但焊接热输入过大其控制效果明显降低，焊接残余变形控制能力与热源与冷源之间的距离有较大关系。为验证有限元模拟结果，采用相同工艺参数进行焊接试验，试验结果表明热弹塑性有限元法对焊接变形的模拟结果与实际吻合，焊缝层数改变，对不同的焊接工艺其残余变形变化规律不同，使用不同的焊接方法，纵向挠曲变形和角变形量都将发生显著变化。盲孔法应力实测结果表明，无论采用陶瓷衬垫单一CO2气体保护焊，还是采用陶瓷衬垫CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊，无论焊接接头在自然条件下冷却还是焊缝背面施加雾化水冷，焊接残余应力的分布规律基本一致；采用陶瓷衬垫CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊，在自然冷却条件下残余拉应力峰值较高，达到了338MPa。ANSYS有限元法对焊接热—应力场的数值模拟结果与实际相符，背面雾化水冷能够有效降低纵向残余拉应力，在焊接线能量不变的情况下，增大冷却介质流量和减小焊接冷、热源之间的距离都可以降低焊接接头的纵向残余拉应力。