工程钢圈是装载机的主要承载件和传力件,它的制造质量不但会对装载机承载能力、制动性和加速性等重要性能指标产生直接影响,并且有可能会危及到人的安全。然而由于其尺寸大、焊缝复杂等原因,造成其焊后残余应力分布复杂、梯度大、消除困难;焊接变形也相对复杂,难以控制。因此,如何控制工程钢圈的焊接残余应力与变形,成为了一个迫切需要解决的新课题。在实践中,振动时效被证明为对焊接残余应力与变形的控制是极其有效的。但振动时效消除焊接残余应力与变形的机理并没有公认的科学体系,严重阻碍了其消应除变性能。在实际应用中,由于系统理论知识的缺乏,振动时效工艺的制定和工艺参数的选取只能依靠经验,这极大程度的限制了振动时效技术的科学使用、推广及发展。对于工程钢圈焊接残余应力与变形控制的关键技术,本文主要从焊接数值模拟和振动时效两方面来进行解决。本文首先采用工程钢圈焊接接头为研究对象,基于有限元分析软件ANSYS,借助APDL语言实现了焊接过程瞬态温度、应力及变形的动态模拟。研究了其在焊接过程产生的温度场、应力场和应变场的热弹塑性模型,并通过X射线残余应力检测技术进行实测对比。结果表明,数值模拟得到残余应力与试验数据基本吻合,变化趋势基本一致。并分析讨论了工程钢圈焊接残余应力与变形的产生原因、分布规律及其与焊接工艺参数的关系。通过对不同预热温度数值模拟结果的对比,得出提高预热温度可以有效的消除焊接残余应力与变形。通过对工程钢圈进行模态分析和谐响应分析,研究分析其振动时效过程,得出了工程钢圈通过振动时效来进行焊接残余应力与变形控制的最优工艺参数:支撑点、激振点、拾振点的合理布置,最优激振频率为265Hz,最优激振力为3KN。为工程钢圈进行振动时效的参数选择提供了试验基础。同时也为其它工件的振动时效工艺参数选取方法提供了借鉴。根据得出的最优振动时效工艺参数,采用谐波频谱振动时效法对其进行振动时效试验,对其焊接残余应力与变形进行控制。并采用参数曲线法、残余应力评价法和尺寸精度稳定性评价法三种方法分别对其焊接残余应力与变形控制效果进行评价。结果表明应力消除效果明显,平均应力消除率为14.75%,应力均化率为37.21%,残余应力峰值下降57%,具有显著的“削峰填谷”的效果。且工程钢圈在振动时效过程中并未出现较大变形,主要加工面、基准面的变形在公差允许范围之内。释放一定焊接残余变形的同时得到了较好的尺寸精度稳定性和抗变形能力。使工程钢圈焊接残余应力与变形得到了很好的控制。