超高强度高韧性X120级管线钢将成为长距离石油天燃气输送管线的主要用钢。但X120钢的可焊性相对较差,焊接热影响区（HAZ）晶粒易粗化,导致焊接接头性能软化,止裂能力下降,从而降低管道的安全可靠性。本文通过焊接工艺实验与数值模拟技术相结合的研究方法,揭示脉冲熔化极气体保护焊接（P-GMAW）过程中HAZ晶粒的动态演变,并采用惰性气体保护钨极氩弧焊接（GTAW）热源对P-GMAW焊接接头进行焊接热过程模拟,进一步探究再热HAZ中晶粒的动态演变,从而为抑制X120钢HAZ晶粒粗化提供理论依据,本文的研究内容也具有重要的工程应用价值。采用P-GMAW焊接16 mm厚X120级管线钢,窄间隙复合V型坡口,需要焊接五个焊层,包括根焊层、热焊层、填充1层、填充2层和盖面层。制取焊接接头金相试样,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头显微组织组成和微观形态。再采用直线截点法测量母材、HAZ和再热HAZ的晶粒尺寸,为数值模拟HAZ晶粒尺寸提供验证数据。文中首先建立X120级管线钢P-GMAW焊接温度场的纯导热数值分析模型,并借助ANSYS有限元分析软件来实现P-GMAW焊接X120钢五个不同焊层焊接热过程的数值模拟,研究根焊层、热焊层、填充1层、填充2层和盖面层准稳态时的焊接温度场分布,分析多层焊接热循环曲线的特征,为HAZ组织模拟奠定基础。再基于奥氏体晶粒长大的动力学方程,并结合基于实验数据的EDB模型,采用蒙特卡洛法建立X120级管线钢P-GMAW—HAZ晶粒长大的数值计算模型。运用VisualFortran语言编写模拟晶粒长大的数值计算程序,借助Matlab软件对计算结果进行数据处理,通过晶粒分布图等来揭示HAZ晶粒尺寸的动态变化。文中首先通过对填充2层HAZ晶粒长大的模拟和探究,来揭示X120级管线钢HAZ晶粒粗化的产生机制;接着通过对填充2层CGHAZ晶粒动态演变的模拟和探究,揭示晶粒粗化的影响因素;再通过对再热HAZ晶粒动态演变的模拟和探究,给出适合X120级管线钢多层多道焊接的合适焊接工艺参数区间。全文的模拟计算结果与测试分析结果吻合良好,为X120钢的大规模工程应用奠定了理论基础。