焊接是现代工业制造技术中一种不可缺少的加工工艺。由于焊接制造工艺具有多学科综合的特点,使得焊接技术能够更快地融入最新科学技术的成就。焊接是叶轮加工的重要工艺之一。在叶轮焊接的过程中,温度很高,可以达到1500℃,在这种高温条件下,叶轮呈现出高度的材料非线性和几何非线性,导致焊接后叶轮经常出现超出公差要求的变形,造成叶片间的流道间隙不均匀,不仅使气动性能受到影响,而且由焊接产生残余应力可能给高速旋转下的叶轮带来隐患。焊接残余应力和变形量的计算结果分析,有助于设计人员改进焊接工艺方案,以达到减少成本,保证流道形状的目的。本文结合与沈阳鼓风机集团有限公司的合作项目,根据工程实际,建立叶轮整体模型。使用有限元方法,结合生死单元技术和APDL参数化语言编程,模拟焊接流程。论文工作主要包括以下几个部分:模拟叶轮整体焊接过程,即预热180℃,钨极氩弧焊打底,填槽(堆焊)焊接,回炉热处理和自然冷却,计算叶轮在焊接工艺各个阶段的温度场、应力场和位移场分布,给出叶轮的整体变形和最终的残余应力、变形分布。针对钨极氩弧焊打底过程中容易出现的缺陷——断弧,即间断焊接计算。建立简化模型,模拟计算了连续焊接和八种间断时间条件下焊接的温度场、应力场和位移场分布。对比不同焊接情况的结果,间断焊接会产生比连续焊接更大的应力分布区域和三向拉伸应力状态区,这样对于叶轮的使用和疲劳寿命都是不利的。使用之前的简化模型,针对钨极氩弧焊打底过程中另一种缺陷——偏心焊接,模拟计算焊接的温度场、应力场和位移场分布。偏心焊接产生残余应力在叶片厚度方向上没有对称性,在叶片高度方向上呈现“高—低—高”的分布,显示出较大的应力梯度。这样的应力分布对焊接结构的疲劳性能是很不利的。通过以上的计算,本文还证明了焊接后的热处理是非常必要的。它能有效地降低焊接残余应力,并使残余应力分布更加均匀。