焊接广泛应用于石油化工行业设备制造。焊接接头多在设备不连续部位,而且石油化工行业设备运行环境恶劣,焊接接头处的应力比其它部位高,更容易引起失效事件。焊接质量受到焊接设计、焊接参数、母材性质、操作人员和环境等因素影响。焊接接头产生应力集中的原因是由于焊接缺陷,同时焊接缺陷也是焊接裂纹萌生的起点,导致焊接接头安全隐患。焊接过程伴随一种固有现象,即为残余应力,较大的焊接残余应力会导致焊接接头承载能力降低,同时使得焊接接头变形,影响到后续加工工艺。因此,消除有害焊接残余应力,不仅可以提高焊接接头的力学性能和使用寿命,而且对于减少焊接接头失效事故发生有重要意义。目前,消除焊接残余应力的措施和方法有很多,如热处理、振动时效法、机械拉伸法和超声冲击法等,而超声冲击法是一种焊后改善焊接接头残余应力的新工艺。超声冲击法具有机构轻巧、噪声小、效率高、成本低且节能好等诸多优势。因此,研究超声冲击处理对焊接结构残余应力的影响及其变化规律,是具有应用价值的试验工作,也是评价该工艺措施的重要指标。采用有限元软件ABAQUS,基于双椭球热源模型,分析对接焊316L试样和304吊耳垫板构件的温度场分布,作为外加变化载荷,计算焊接残余应力的分布特性。基于瞬态接触力学理论,分析316L试样超声冲击后应力场分布特性。制备6 mm厚316L奥氏体不锈钢板,利用盲孔法测量316L平板对接焊构件的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差值低于20%。对304吊耳垫板断裂失效进行分析。基于对吊耳垫板工作环境调查,利用光学显微镜和扫描电镜分别对组织形貌和断口形态进行检测观察。采用有限元方法,预测吊耳垫板和筒体焊缝处焊接残余应力和热-机械应力。结果表明,高温、焊接残余应力和热-机械应力协同效应是导致韧性和脆性的混合型断裂主要因素。