本文针对电子束填丝焊接过程,开展了焊丝熔化过渡行为研究,揭示了电子束填丝焊接焊丝过渡与焊缝成形机制。研究了铜/钢异种金属电子束填丝焊接的焊缝成形、接头组织与性能,验证了电子束填丝焊接异种金属的工艺适用性。本文搭建了电子束填丝平台,实现了电子束焊机与送丝机构的耦合与联调,为了更好地揭示电子束填丝焊过程中的焊丝熔化过渡行为,建立了CCD视觉传感系统,实现了对焊接过程的采集。电子束填丝焊相比于电子束自熔焊由于焊丝的引入而变得更加复杂,首先对新引入的工艺变量如填丝方位、送丝角度与送丝速度对焊接过程的影响进行了研究。研究表明采用前置填丝方位可以保证焊接过程的稳定与填丝精度。随送丝角度的增加,熔深逐渐增大。送丝角度为60°是本试验平台最为理想的送丝角度。而送丝速度的选取则需要与焊接速度与束流进行匹配。研究结果也表明丝束空间位向关系会影响焊缝成形。进而对不同丝束空间位向关系对焊缝成形的影响进行了研究。结果表明不同丝束空间位向关系下熔深由深至浅的顺序为自熔焊、丝束分离、丝束部分相交、丝遮挡束和非接触过渡丝束关系;而非接触过渡丝束关系的熔宽最窄;余高从高到低的顺序为非接触过渡丝束关系、丝遮挡束、丝束分离、丝束部分相交和自熔焊。为了进一步揭示不同丝束位向关系对焊缝成形影响机制,利用CCD视觉传感系统对相同工艺参数条件下不同丝束空间位向关系的焊丝熔化过渡行为进行了研究。结果表明丝束空间位向关系、过渡高度与送丝速度共同影响着电子束填丝焊过程中焊丝熔化过渡行为。共有6种过渡方式,包括非接触过渡、插入过渡、液桥过渡、小滴过渡、大滴过渡与混合过渡。金属蒸气会恶化焊丝熔化过渡行为及焊缝成形。因此,降低过渡高度以减小金属蒸气的影响,保证送丝速度与熔化速度匹配是获得稳定过渡的前提。其中,液桥过渡因其具有较宽的工艺窗口及过渡稳定性成为最理想的过渡方式。采用钢焊丝时的液桥过渡条件为束流25m A,送丝速度在[1.87m/min,2.60m/min]区间内,丝束部分相交。铜焊丝液桥过渡的必要条件为:丝束部分相交条件下,束流30m A,送丝速度在[0.6m/min,1.80m/min]区间内。同时,电子束填丝焊可以较好的实现焊缝成分均匀化。等厚铜/钢异种金属自熔焊时常会出现焊缝表面塌陷等缺陷,为了消除铜/钢自熔焊接头缺陷及验证电子束填丝工艺的可行性,利用液桥过渡对铜/钢异种金属进行了电子束填铜焊丝焊接。研究表明电子束填丝焊可以对焊缝中烧损的合金元素进行及时补充,可以获得成形较好的焊缝。在本试验范围内,304不锈钢与QCr0.8铬青铜电子束填丝焊焊缝成形最优工艺与接头抗拉强度正交优化工艺一致均为:束流30m A,焊接速度100mm/min,送丝速度1m/min,束偏移量-0.3mm。焊缝主要由树枝状α相与少量的球形ε相组成。优化后接头抗拉强度为276MPa,已达铜母材的76%。焊缝中富铁相的硬度较高,富铜相的硬度较低,焊缝上部硬度分布波动要强于焊缝下部。铜侧热影响区铜晶粒的粗大是接头断裂的主要因素。继而对电子束填丝焊间隙适应性进行研究,结果表明电子束填丝焊具有较强的间隙适应性,对于2.7mm厚的薄板,可以实现无垫板且间隙值1.6mm条件下的一次成形,焊缝成形质量良好。由于铜、钢的热物理性能不匹配,焊后接头会产生较大的残余应力。对铜/钢异种金属填丝焊焊后接头的残余应力进行了研究,结果表明通过向间隙中填加塑性良好的铜可以缓和接头应力,尤其是最危险的纵向应力,相比自熔焊可降低53MPa。