衬垫单面焊因其具有工序少，焊缝成形美观，焊接效率高的特点，故广泛应用于工业生产。陶质衬垫单面焊由于陶质衬垫的保温作用，在打底焊时，熔敷金属以及焊接热源输入焊件的热量在沿熔深方向的热传导受到阻碍，在焊件与衬垫的交界处，热量沿熔宽方向进行传导，导致部分焊件坡口根部被熔掉，焊缝横截面熔合线呈双曲线状，常用的双椭球热源模型无法准确的模拟衬垫单面焊的熔合线轮廓形状。　　为此，本文根据衬垫单面焊熔合线轮廓形状的特点，综合考虑熔敷金属与焊接热源的作用，建立推导了一种新型的抛物线旋转体组合热源模型。利用ANSYS有限元分析软件，对衬垫单面焊过程的温度场、应力场分布，焊后残余应力、焊后变形，以及焊后热处理进行了模拟。模拟过程中，考虑了熔敷金属的填充作用，使用生死单元技术较好的模拟了熔敷金属对焊缝的填充。由于过热熔滴与电弧的作用，衬垫凹槽内侧会生成渣壳，使得焊缝背面与衬垫无法完全接触，在接触面存在接触热阻，模拟过程中使用接触对，同时设置热接触传导系数，较好的模拟了接触面的热传导。研究编写了一种通用的体热源热载荷的命令流加载方法。编写了从建立有限元模型开始至焊后热处理结束的完整参数化命令流，该命令流具有较好的通用性，只需修改命令流前部的相关参数值，即可适用于不同尺寸焊件、焊接工艺参数的模拟。　　根据模拟结果，得到了焊接过程中动态变化的温度场分布，应力场分布以及焊后残余应力的分布，焊后变形。研究了焊接过程中部分节点随时间的温度变化以及焊件横截面应力的演变过程。模拟了不同焊接线能量下残余应力的分布，模拟结果表明，线能量越高，残余应力区的应力峰值越大，残余应力分布区相应的会向焊件边缘推移。分析研究了焊后残余应力在沿焊缝方向及垂直焊缝方向的分布规律及原因。对焊后冷却至室温的焊件进行了高温回火处理，对比了热处理前后残余应力的分布及残余应力值的变化，模拟结果表面，热处理前后焊件中的残余应力分布基本保持不变，经热处理后残余应力值有较大幅度的降低。