金属基复合板材凭借其优异的综合性能被广泛用于石油化工、压力容器、航空航天等领域,真空电子束焊接封装是获得高品质复合板材必不可少的工序。在热轧复合过程中,焊缝会承受较大的轧制压力而发生大变形,为了防止焊缝在轧制过程中开裂,需要足够的焊接深度来保证焊缝的强度,但是过深的焊缝会造成过大的切边量,降低成材率、增加生产成本。采用恰当的电子束焊接工艺参数对复合板进行封装才能在保证板坯轧制不开裂的情况下减小焊接深度,因此了解电子束焊接过程中温度和热应力的演变过程并探讨不同焊接工艺下的残余应力分布是十分必要的。本文基于ABAQUS有限元仿真软件,分别对Q345钢和3Cr2Mo钢进行了不同工艺下焊接温度场和应力应变场的模拟分析。采用由Gauss面热源和衰减式体热源叠加的组合热源分别对不同焊接工艺参数下的两个钢种进行了温度场及应力场的数值模拟计算。通过热电偶测温实验以及焊缝剖面形貌观察对温度场的模拟结果进行了验证,并通过高温拉伸试验对比了不同焊接参数下两个钢种高温下的焊缝强度及延伸率。采用组合热源对不同焊接参数下的温度场模拟结果表明,焊接时热源中心温度变化剧烈,熔池呈头短尾长的卵状,热源前端温度梯度大且等温线密集,热源后端温度梯度小且等温线疏松。对不同焊接参数的温度场研究发现,同种焊接功率下,焊缝熔深熔宽随焊速的增大而下降;同种焊速下,焊缝熔深熔宽随功率的增大而增加。焊接线能量于焊缝熔深熔宽成正相关。同种焊接参数下,3Cr2Mo的熔宽熔深要大于Q345。测温试验及焊缝形貌对比结果表明温度场模拟结果能较好地吻合实际情况。采用间接耦合法对两个钢种不同焊接工艺下应力场进行了研究,结果表明焊后残余应力主要集中在焊缝周围5mm内且整体表现为拉应力。横向残余应力在焊缝中心处表现为压应力并沿垂直于焊缝方向向外逐渐减小变为拉应力,纵向残余应力在焊缝中心处最大,法向残余应力较小且随位置变化不明显。同种焊接功率下,600mm/min焊速下的残余应力最大;同种焊速下,焊接功率4000W下的残余应力最小。通过高温拉伸试验可以看出,1000℃时3Cr2Mo不同焊接工艺下的焊缝强度普遍高于Q345且最大为108.8MPa,两者延伸率在1000℃下比较接近,最大分别为8.01%和8.6%。