TCS不锈钢是我国开发的铁路货车车辆专用铁素体不锈钢。但因其在焊接过程中热影响区(HAZ)晶粒急剧长大，接头组织与性能不能满足要求。激光+熔化极脉冲电弧（GMAW-P）复合热源焊接，具有热源集中、热输入低、热影响区窄、焊接速度快等优点，具备解决TCS不锈钢焊接加工制造问题的潜力。然而，复合热源焊接的热循环特征对TCS不锈钢焊接HAZ形状尺寸及HAZ内晶粒长大敏感性的影响机制，尚不清楚。因此，研究复合热源焊接TCS不锈钢时热影响区内热循环特征及其对晶粒长大的影响机制，将为优化TCS不锈钢焊接HAZ的组织与性能奠定坚实基础。　　开展了TCS不锈钢激光+GMAW-P复合焊接工艺实验。制备了焊缝横断面宏观金相图片和HAZ组织金相图片，获得了不同工艺条件下HAZ形状尺寸及HAZ内晶粒尺寸等数据，为理论分析和模型建立提供了实验数据。　　将光线追踪法与线热源小孔模型相结合，更合理地描述光线在小孔内的多次反射和Fresnel吸收，在此基础上求解非对称小孔的形状尺寸。根据小孔形状尺寸的计算结果，标定复合热源中激光焊体积热源的分布参数。将基于小孔形状的复合焊热场模型应用于TCS不锈钢复合焊准稳态温度场的数值分析，计算了不同工艺条件下TCS不锈钢焊接HAZ形状尺寸以及HAZ内不同位置处的热循环曲线，并进行了实验验证。　　根据计算出的HAZ形状尺寸和焊接热循环，采用三维MonteCarlo(MC)技术，建立了TCS不锈钢复合焊HAZ晶粒长大模型，模拟了TCS不锈钢复合焊HAZ组织结构的演变。不同工艺条件下焊缝形状和平均晶粒尺寸的计算结果与相应的实验结果一致。模拟结果表明:复合焊HAZ的粗晶区宽度和组织结构沿熔合线方向变化显著，上表面附近的最大平均晶粒尺寸远大于焊缝底部的最大平均晶粒尺寸。　　为进一步提高复合热源焊接HAZ形状尺寸与热循环的数值计算精度，考虑了带有小孔的熔池流体流动对复合焊温度场的影响，建立了三维熔池流体流动和传热的耦合模型，开展了TCS不锈钢复合焊热过程的数值模拟。获得了准稳态熔池流场和热场的基础数据，展示了复合焊小孔稳定存在时熔池流体流动的规律和考虑熔池流动情况下热场的特点。焊缝横断面计算结果与试验结果吻合良好，HAZ内热循环曲线更为符合实际。　　将复合焊接熔池流体流动和传热的耦合模型与HAZ晶粒尺寸演变的MonteCarlo模型相结合，对TCS不锈钢复合热源焊接HAZ内的晶粒长大情况重新开展了模拟。与基于热传导模型的HAZ晶粒尺寸预测结果相比，HAZ内粗晶区和细晶区的组织结构特征模拟结果更接近实测结果。