气孔缺陷是铝合金电子束焊接时最常见的缺陷之一,限制了铝合金结构在工业上的广泛应用,因此铝合金气孔缺陷产生机理的研究及其控制是铝合金电子束焊接时研究的重点。本文以1060铝和2A12铝合金为对象开展了异种铝合金电子束焊接气孔缺陷研究。围绕电子束焊接气孔缺陷控制,分析了焊缝气孔特征,深入研究了焊接参数对铝合金气孔缺陷形成的影响规律;基于流场模拟结果,结合对铝合金电子束焊接过程中匙孔和熔池行为的认知,探讨了异种铝合金电子束焊接时气孔缺陷的产生机理及控制方法。工艺试验的结果表明,焊缝中存在“冶金特征型气孔”和“工艺特征型气孔”。前者形状近圆且尺寸较小,对接头力学性能的影响不大;后者形状不规则且尺寸较大,会减少接头承载面积,造成应力集中,从而降低接头力学性能和服役可靠性。气孔的产生过程包括气泡生成和气泡上浮两个阶段,“冶金特征型气孔”主要是熔池内金属液体空化导致的;“工艺特征型气孔”与匙孔不稳定的开合行为相关,匙孔坍塌后会包裹金属蒸汽形成匙孔闭合型气泡。气泡形成后若未能在熔池金属凝固前逸出,就会形成气孔缺陷。在试验条件下,铝合金接头气孔缺陷与熔透状态相关,临界熔透的接头气孔率较低,增大一个束流接头微透时气孔率升高,对于熔透状态的接头,接头气孔率随束流的增大而降低;焊接速度在300mm/min~1500mm/min的范围内变化时,临界熔透状态的接头气孔率先升高后下降。以电子束焊接实际过程为基础,建立了铝合金焊接流场模拟模型,引入了空化势模型和气体粒子模型,对匙孔行为和熔池流动行为进行分析,结果表明,由于金属强烈汽化导致的金属蒸汽反作用力,与1060工业纯铝相比,2A12铝合金在电子束焊接时更易产生表面下塌缺陷和气孔缺陷。匙孔稳定性与到达匙孔内部的电子束能量密度相关,故在完全熔透的状态下增大束流有利于减少接头气孔缺陷。最后基于焊缝气孔缺陷产生机理和影响因素的分析,提出控制方案,得到了气孔率仅为0.14%的异种铝合金接头。