Q345D钢是一种工程常用的焊接低合金结构钢，具有优良的焊接性能及成形等综合性能。CO2焊接低合金钢的表面堆焊技术广泛应用于模具、工具的制造和修复以及焊接母材的性能改善上，因其通常作为辅助焊接工艺，对于其工艺方面的研究基本停留在经验阶段，对其焊接质量方面的研究更加缺乏，因此，对CO2表面堆焊Q345D焊接工艺的优化及数值模拟研究显得十分必要。　　本文以CO2表面堆焊Q345D低合金高强钢为研究对象，通过正交试验法设计了实验方案，采用CD-WO1弧焊信号测试分析仪通过采集焊接过程中的电弧电压、焊接电流及U-I电信号波形，分析了焊接过程中的短路过渡形态从而对焊接工艺参数进行了优化，得出了该工艺下的最优焊接参数。将此工艺参数作为数值模拟的工艺参数，依据焊接热过程、热弹塑性有限元分析理论，在考虑材料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场影响的情况下，应用SYSWELD有限元分析软件，选择双椭球体焊接热源模型，对Q345D钢表面堆焊整个过程进行了动态的模拟。最终得出了焊接过程中焊接温度场的演变过程、热循环曲线、焊接内应力、焊接变形、焊接过程中的相变过程及SHCCT曲线并对其分布进行了定量分析。　　其次，采用热电偶对焊接过程中所取特征点进行了热循环温度曲线的实测，对模拟结果与实测结果进行了分析比较；然后对所获得的焊接接头进行了金相分析，将其结果与模拟的相变结果对比分析，得出结论，模拟结果与实验结果较为吻合，证明了数值模拟结果的可靠性。　　对焊接温度场、焊接内应力及焊接过程中相变的定量分析，为控制和减小焊接内应力以及焊接变形等工艺的制定提供了理论指导，并为解决实际生产中的焊接质量问题奠定了理论基础。为大型复杂构件的工艺研究提出了科学、新颖的研究手段。