柱塞是柱塞阀上的一个重要零件结构，主要用在冶金、电力、化工、炼油、食品等行业。堆焊是用焊接的方法将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面的一种工艺过程。论文在总结前人工作的基础上，系统地论述了柱塞堆焊焊接残余应力的测试方法、焊接温度场和应力场的基本理论和有限元分析的基本原理，建立了计算柱塞堆焊不锈钢材料时的焊接温度场和残余应力场的三维有限元模型，考虑了材料性能依赖于温度变化的因素，以热弹塑性理论为基础，利用有限元分析软件ANSYS的计算模拟功能，采用间接法处理焊接温度场和应力场的耦合过程，对柱塞堆焊焊接残余应力进行了模拟和计算。论文利用有限元分析软件ANSYS对20#钢表面堆焊不锈钢复合层的焊接温度场和应力场进行三维计算机数值模拟分析研究，得到不同焊接速度下任意时刻的焊接温度场和应力场的变化情况，以及焊接接头冷却后的残余应力分布状况。我们发现焊接方法选用熔化极氩弧焊，可以减小柱塞堆焊过程中产生的变形和应力。焊接速度在850～900mm/min时，覆层金属受热比较均匀，焊接温度场和应力场分布均匀且梯度较小，焊接残余应力分布区域缩小且数值相对降低，这为焊接结构优化和焊接工艺改进提供了重要依据。