本文研究了工艺参数对焊缝横截面形貌的影响,分析了“小孔效应”在超大厚度TA15钛合金电子束焊接(≥70mm)的作用。同时,对焊接接头的组织性能不均匀性进行了研究,揭示了接头沿熔宽及熔深方向的组织性能变化规律。此外,本文还对TA15电子束焊接接头的热处理强化制度进行了探索。研究结果表明,采用相同的工艺参数对不同厚度的TA15钛合金进行电子束焊接,焊缝的横截面形状特征不发生改变,但整体形状尺寸随着板厚的增加而减小;电子束流大小对焊缝横截面形状影响不大,随着电子束流的增加,熔深先快速增加后变化趋于平缓,熔宽则表现为先缓慢增长然后快速增长;改变聚焦电流可以改变焊缝横截面形状,当聚焦电流逐渐接近焦点的活性区时,焊缝熔深增大、熔宽减小,表面熔宽增大,在活性区内调整聚焦电流大小,熔深不变。综合调节电子束流和聚焦电流能够获得成形良好的平行焊缝。TA15钛合金电子束焊接头沿熔宽及熔深方向的微观组织与性能研究结果表明:接头焊缝区组织由β柱状晶和晶内α?马氏体组成,热影响区组织由近焊缝区至近母材区α?马氏体逐渐减少、初生α相逐渐增多;接头的显微硬度测试结果显示焊缝区最高、热影响区次之、母材最低,室温抗拉强度、屈服强度均高于母材,且屈服强度更为明显,接头的延伸率及断面收缩率较母材分别降低了37.2%和8.9%。沿焊缝深度方向,焊缝组织组成不变,β晶粒和α?晶粒尺寸逐渐减小;接头及焊缝金属的显微硬度沿深度方向的分布、大小基本不变;随焊缝深度增加,接头强度略微降低、塑性升高,纯焊缝金属室温拉伸性能无明显变化;接头冲击韧性和断裂韧性均随焊缝深度的增加而降低,接头下部的冲击韧性值和断裂韧性K1C分别比接头上部减小了15.3%和17.6%。研究了经过970℃(α+β两相区上部)、860℃(α+β两相区中部)及800℃(α+β两相区下部)不同热处理对接头组织与性能的影响。结果表明,接头母材组织经过不同热处理后形态仍为双态组织,β转基体中的次生α随热处理温度的升高发生合并和长大,近焊缝热影响区和焊缝区发生不同程度的α?→α相变,温度越高相变越充分;随着热处理温度的升高,焊缝区显微硬度逐渐降低,接头室温和高温拉伸强度降低,延伸率和断面收缩率升高,冲击韧性值快速增长,室温及高温冲击韧性值涨幅分别达111.6%和72.8%。经过860℃热处理后的接头具有最优的疲劳性能,疲劳极限值为734.5MPa,相比较800℃和970℃分别提高了5.7%和8.2%,当处于较高应力水平时(大于700 MPa),经970℃热处理后的接头比800℃热处理的接头具有更高的疲劳寿命,在低应力(小于700 MPa)时,800℃热处理后的接头的疲劳寿命优于970℃热处理后的接头。