电子束焊接匙孔形态是影响焊接质量的主要因素之一。为了更准确的计算和分析焊接热过程,必须更深入研究熔池中液态金属的流体动力学状态。本文通过对电子束焊接匙孔壁面受力平衡的研究,采用ANSYS软件对电子束焊接过程温度场、熔池流场以及匙孔形态进行了模拟。焊接过程中熔池温度场与流场的分布状态的研究,对于进一步研究电子束深熔焊机理和控制焊接质量有着重要的意义。受力平衡研究表明,在电子束焊接过程中,匙孔壁面法向主要受金属蒸气反冲压力、表面张力附加压力、流体静压力、熔池旋转向心力的作用;切向上主要受切向速度引起的剪切力、表面张力梯度引起的切向力。当匙孔动态平衡时,受力达到平衡;对力的分布规律进行分析,认为金属蒸气反冲压力和匙孔壁面表面张力是维持匙孔动态平衡的主要作用力。以匙孔壁面力学平衡条件为基础,建立了电子束焊接物理模型,并分别对匙孔纵向深入过程与横向移动过程进行了模拟。在该模型中,采用匙孔自由界面跟踪算法(引入VOF模型)实现对匙孔形态变化的跟踪。结果表明,电子束焊接过程中驱动液态金属流动有三方面作用机制。一是与金属蒸发相关的金属蒸气反冲压力的驱动;二是与表面张力有关的附加压力以及Marangoni剪切力的驱动;三是熔池与工件的相对运动的驱动。三种驱动机制的共同作用导致了熔池内部复杂的流动特征。在验证试验中采用电子束定点加热和移动加热试验,对熔池截面尺寸与模拟结果进行对比,能够达到预期效果。