根据真空电子束焊接的实际工作环境，设计了适合于真空环境下测量焊件表面温度的红外真空测温系统，该系统具有真空室外无线控制、无线传输数据、独立电源、操作简单等特点。经常规环境下温度测量验证，该测温系统测量误差小、测量过程中程序运行稳定，能够满足电子束局部热处理过程测温要求。利用ANSYS软件对钛合金电子束焊接和局部热处理的热作用结果进行有限元分析。建立了2mm厚TA15钛合金电子束平板焊接的三维有限元模型，分别利用旋转抛物体热源模型和高斯面热源模型对电子束焊接过程和局部热处理过程的温度场进行数值模拟。通过模拟电子束焊接和局部热处理过程温度场变化情况，分析近缝区上下表面各点的热循环曲线，表明焊接和局部热处理过程上下表面热循环过程温度的变化趋势相同，只是在峰值温度上有所差异；其中局部热处理过程中上下表面的峰值温度差仅为150℃，焊缝在厚度方向上温度梯度很小，达到了局部热处理对温度场分布的要求。采用热-弹塑性有限元理论，在温度场分析的基础上，利用间接耦合的方法计算了在真空电子束焊接和局部热处理过程中TA15钛合金残余应力的分布状态。计算分析表明，两个过程得到的近缝区残余应力主要表现为拉应力，对比分析热处理前后拉应力峰值变化发现，热处理后近缝区的拉应力峰值明显降低。采用小孔释放法分别测量两种状态下试样的横向和纵向残余应力，对比模拟结果和实测结果发现模拟出的残余应力分布趋势与实际比较吻合。