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现实中,在大型水轮机长期的使用过程中转轮叶片会出现断裂的情况,这种断裂是在设计寿命之内发生的,对转轮的使用产生了极大的威胁。其中转轮的焊接残余应力是导致转轮叶片出现断裂的主要原因,所以对转轮叶片上的焊接残余应力的研究是非常有必要的。针对大型水轮机空间结构的复杂性和转轮叶片与上冠或下环之间的焊接接头属于标准的T形接头的特点,本文采用三维热弹塑性有限元理论,通过Fortran进行Marc有限元软件的二次开发,编写双椭球移动热源和焊道焊丝填充的子程序来真实地模拟了T形焊的整个焊接过程和焊后模型的整体退火过程。模拟了T形接头的单段单层焊来得出焊接过程中焊接温度场和应力场的分布及变化,并通过改变焊接顺序分别模拟了分段焊、多层焊。最后,计算了焊后整体退火热处理的升温,保温,降温整个过程中的温度场和应力场。通过上述研究,本文得到如下主要结果：(1)单道单层焊下,焊道处在焊接热源到达时温度达到1725℃,热源前方温度比热源后方的温度变化更明显,远离焊道的区域温度逐渐下降到室温附近。(2)单道单层焊下,焊后焊道在X、Y、Z三个方向上的应力均为拉应力,X、Y、Z三个方向的残余拉应力峰值分别为247MPa、511MPa、638MPa,离焊道稍远的区域为压应力,X、Y、Z三个方向的残余压应力峰值分别为435MPa、430MPa、423MPa。离焊道更远的区域残余应力趋于0。(3)分段焊下,在中间焊段与两端焊段的相邻区域发生残余拉应力下降,最低降至442MPa,残余拉应力值有明显降低的焊道区域最长能达到18.75mm。分段焊可以在焊道局部降低残余拉应力。(4)双层焊下,Z向残余拉应力最大,第一层焊焊道处Z向残余拉应力峰值为515MPa,第二层焊焊道处残余拉应力峰值为571MPa,相比单层焊各下降20%,10%。多层焊比单层焊产生的残余拉应力值更低。(5)焊后整体退火过程中,当温度升到最高600℃时,残余拉应力峰值为244MPa,冷却至室温时,残余拉应力峰值回升至480MPa。冷却时在叶片的中部Y方向残余拉应力有较大增加。整体退火能有效地降低焊后残余拉应力,但在冷却时,对降温的控制非常重要。