随着空间技术的不断发展,大型航天器的建设与飞行器的长期运行维护提出了空间焊接的需求,太空焊接受到了能量供应的限制,需要在较低的能量输入条件下获得较大熔深。电子束焊接方法具有能量利用率高等优点,并且具有良好的空间适用性,同时脉冲作用能够有效的增加熔深。为此,本文以空间结构常用的TC2钛合金材料作为研究对象,开展2mm厚的TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接的数值模拟研究。通过对TC2钛合金薄板进行连续和脉冲电子束平板对接试验发现,当连续电子束和脉冲电子束平均功率相同时,不同焊接参数下钛合金薄板均能熔透。连续电子束焊接的焊缝成形良好,焊缝表面具有光滑、排列规则、致密的鱼鳞纹,焊缝截面形貌为漏斗形。在脉冲电子束作用下,焊缝表面宽度降低,截面形貌由钉子形向楔形转变,并且焊缝表面出现下凹,背面焊接飞溅增加,连续性变差。进一步采用计算流体力学数值模拟的方法研究脉冲电子束焊接参数对焊缝成形的影响机理。在脉冲电子束焊接时,由于脉冲峰值的能量密度高于连续焊接,金属蒸汽反作用力增强,使得熔池表面形成下凹的小孔,流体向周围排开,小孔底部液体向下流动,大量的能量带到熔池底部,从而使得焊缝表面宽度减小。对于连续电子束焊接,金属蒸汽反作用力相对较弱,熔池中的液态金属在表面张力梯度作用下熔池边缘流动,使得焊缝表面宽度增大,深宽比减小。连续电子束焊接中焊缝上表面宽度为2.3mm,而频率为100Hz的脉冲电子束焊接焊缝上表面宽度为2.1mm,当脉冲频率增加到500Hz时,焊缝上表面宽度进一步减小至1.3mm。对TC2钛合金连续/脉冲电子束焊接温度场进行数值仿真,计算结果显示,与连续电子束焊接相比,脉冲电子束焊接热循环曲线呈锯齿状,熔池温度呈波动性的上升和下降,频率为100Hz、300Hz和500Hz的脉冲电子束焊接的峰值温度分别达到4274K、4254K和4369K;而连续电子束焊接下的峰值温度仅有3509K。连续电子束焊接时,焊缝纵向方向的纵向残余应力表现为拉应力,并且在焊缝中部应力,应力水平稳定,出现幅值较高的稳定区,其应力幅值接近材料的屈服强度,达到517.3MPa,而横向残余应力,焊缝中部表现为拉应力,焊缝两端表现为压应力,并且压应力值远高于拉应力值,压应力值可以达到509.1MPa,而拉应力值仅有122.8MPa。在垂直焊缝方向上,纵向残余应力在焊缝和热影响区为拉应力,母材区域为压应力。脉冲电子束焊接接头的残余应力的分布趋势与连续电子束焊接相同,但是由于脉冲作用使焊缝和热影响区的宽度减小,残余拉应力分布区域减小,在焊缝和热影响区的纵向残余拉应力的平均值减小,连续电子束焊接中,焊缝区内的平均残余拉应力值为485.7MPa,而在相同的区域内,频率100Hz、300Hz和500Hz的平均残余拉应力分别为451.9MPa、348.9MPa和328.6MPa。不同焊接参数的横向应力幅值有较大变化,焊缝中部的横向残余拉应力在频率为500Hz时为129MPa,而300Hz时仅为83MPa,降低了35.7%。