窄间隙摆动电弧焊接作为厚板焊接的一种高效的焊接方法,目前已经实际应用到船舶制造、大型发电设备制造和核电设备制造等需要厚板焊接的行业。该方法不需要焊接工件开焊接坡口,采用I型对接坡口就可以完成焊接,减少了焊接工序,节省了焊接材料,提高了焊接加工的效率。但窄间隙焊接存在侧壁熔合不良等问题。为此对窄间隙摆动电弧焊接温度场和应力场进行更深一步的研究,所以多年来国内外学者在窄间隙摆动电弧焊接方法上做了大量的科研工作,主要集中在工艺、设备和有限元仿真研究三个大方向。本文结合目前窄间隙摆动电弧厚板焊接的研究成果,利用坐标变换和位移分解的方法对窄间隙摆动电弧热源进行了进一步优化,使双椭球热源在焊缝的三维空间上运动,以便更加接近摆动电弧热源的实际运动状态。使用Abaqus有限元分析软件将三维摆动热源加载至焊接模型上进行温度场分析,分析结果表明:改进的热源模型可以很好的反映不同焊接工艺下熔池的演变过程。对于70mm大厚板窄间隙摆动电弧焊接,在较低焊接工艺下熔池的几何形貌会产生一定差异,单道焊中会出现重熔现象。同时使用该热源模型对摆动电弧连续焊接温度场和带有拘束块的焊接应力场进行有限元仿真计算,数值分析结果表明:拘束块处具有很低的纵向残余应力,但横向残余压应力的数值较大;焊缝的起弧和收弧处的纵向残余拉应力的数值水平较低,但所受的横向残余压应力较大;焊缝的中央区域的纵向残余拉应力值处于较高水平,但所受的横向残余压应力值处于较低水平。为研究窄间隙焊缝侧壁对电弧的影响,通过使用Fluent流体力学仿真软件对窄间隙侧壁电弧进行数值计算,电弧温度场计算结果与电弧高速摄影试验结果吻合良好,间接证明了仿真结果的准确性。数值计算结果表明:焊丝轴线两侧电弧的磁感应强度并不是对称分布的,电弧靠近侧壁的部分磁感应强度较弱。由于电弧力学平衡原理,导致等离子体流动方向拖离焊丝轴线,向侧壁方向偏转,引起电弧的温度场、电场和电弧压力分布状态区别于一般焊接电弧。同时由于窄间隙焊缝底部表面为凹面,熔池附近的等离子会沿着熔池表面向焊缝凹面最低点运动。本文对窄间隙摆动电弧厚板焊接进行了数值仿真的研究,直观地展现了窄间隙摆动电弧的温度场和应力场的特点和分布,并且也对窄间隙焊接的电弧特性进行流体力学仿真,进一步完善了窄间隙摆动电弧焊接过程的研究。