双相不锈钢厚板焊接结构广泛应用于大量工业领域中,不可避免地产生数值较大、分布状态极为复杂的焊接残余应力,易造成结构疲劳失效和应力腐蚀开裂,直接影响到大型工业装置的安全性与可靠性。因此,准确测试和预测双相不锈钢厚板的残余应力分布并分析其形成机制,对于防止焊接结构过早失效,保障设备的高可靠性制造具有重要意义。目前有关双相不锈钢厚板焊接残余应力的数据积累较少,其应力的分布规律与形成机制尚不明确。而适合内部应力测试的中子衍射法、轮廓法测试技术发展相对较晚、不够成熟,尚不能满足厚板多相材料残余应力的测试需求。常规的唯象热弹塑性有限元模拟方法忽略了双相不锈钢焊接过程中大量的内在物理现象和微观变形机制,很难准确预测其残余应力。针对以上问题,本文选用55 mm厚的SAF2205双相不锈钢焊接接头为研究对象,构建了变波长的中子衍射厚板残余应力测试方法以提高中子穿透深度,发展双相材料残余应力的中子衍射测试方法以分离宏观、微观残余应力,完善轮廓法测试技术以准确、全面地测试双相不锈钢厚板焊接残余应力的分布;同时,通过微观组织特征与力学性能演变规律分析残余应力的形成机制;最终,基于焊接过程中微观物理现象和塑性变形机制,开发双相不锈钢焊接残余应力的跨尺度有限元计算方法,以准确预测焊接残余应力的空间分布特征。本文的主要研究内容和结论如下:（1）构建了变波长的中子衍射厚板残余应力测试方法,从而提高了中子的穿透能力以实现厚板残余应力测试的需求;发展了双相材料残余应力的中子衍射测试方法,可计算出两相比例分布,发现在接近接头表面的位置存在明显的两相比例失衡现象;进而通过该测试方法分离出了宏观及微观残余应力,发现沿厚度方向存在应力变化梯度明显的宏观残余应力分布,而两相的微观弹性不匹配应力变化规律恰好相反且奥氏体相应力大于铁素体相。（2）发明了叠加原理与压痕法结合的多方向应力分量测试的轮廓法技术,解决了常规轮廓法只能测试单一方向应力的局限,获取了横向截面的横向及法向应力分布;发展了多次切割法与叠加原理结合的多截面应力测试的轮廓法技术,解决了常规轮廓法只能对同一样品进行单一截面应力测试的局限,从而得到了纵向截面的横向残余应力分布,发现沿该截面处横向残余应力呈现由端面向长度中心逐渐增大的趋势;采用轮廓法测试取了横向截面的纵向残余应力分布,发现该截面的纵向残余应力整体呈现“拉-压-拉”的自平衡分布状态,且在边缘位置出现了应力突变现象、靠近边界处的局部应力明显降低,但随着与焊缝距离的增加,该现象逐渐减弱。（3）采用显微硬度测试、数字图像相关技术和微区拉伸实验研究了厚板焊接接头的硬度和强度变化。利用电子背散射衍射方法研究了接头内沿厚度方向及不同特征区域的晶粒形貌、晶界特征、局域取向差、几何必须位错密度分布等微观组织演变特征。发现基于两相塑性变形机制的差异,奥氏体相的高角度晶界、孪晶晶界、特殊晶界含量均大于铁素体相,致使其局域取向差以及几何必须位错密度均高于铁素体,奥氏体形成为硬相、铁素体为软相,并判断奥氏体相的塑性不匹配+热膨胀性不匹配应力大于铁素体相。（4）基于焊接过程中的微观组织演变特征,通过引入位错滑移、考虑两相分布的不均匀性、两相力学性能的不匹配性及晶粒取向的影响,提出双相不锈钢焊接残余应力的跨尺度有限元计算方法,获取了两相的全应力及宏观残余应力分布,且模拟结果与实验结果较为吻合。沿厚度方向,各方向应力关于厚度中心对称,呈“V”型分布,横向应力变化梯度最大,且接近焊接接头表面位置产生了超过屈服强度的纵向残余应力,奥氏体相全应力基本大于铁素体相。研究了热输入及板厚对宏观残余应力分布规律的影响,并提出双相不锈钢厚板焊接残余应力评估模型。