大厚度钛合金电子束焊接结构在航空航天工业中具有广阔的应用前景,但是目前在钛合金电子束深熔焊过程中极易出现钉尖缺陷,会显著降低接头性能,为了保证焊接质量,本文对钉尖缺陷的形成机理及其控制措施进行了研究。采用数值模拟的方法建立了钛合金电子束深熔焊温度场模型,计算结果表明,电子束焊接过程中升温降温速度极快,当焊接过程进入准稳态之后,温度场分布基本保持不变,熔池中心的峰值温度维持在3200℃左右。并利用热电偶测温和对比焊缝横截面形貌的方法对模拟结果进行了验证,模拟结果与试验数据吻合较好,证明了所建数值分析模型是正确的。在温度场计算结果的基础上,对钛合金电子束深熔焊的流场进行了计算,初步分析了熔池流场形成机理。研究表明,表面张力梯度、金属蒸汽反冲压力和流体静压力是熔池内液态金属流动的主要驱动力。熔池表面的流体在表面张力梯度的作用下运动最剧烈,其最大速度可达0.295m/s。随着熔深的加深,液态金属的运动逐渐减弱。以钨作为示踪元素,通过能谱分析研究了电子束深熔焊接头钨元素的分布情况,并进而分析了电子束深熔焊过程中,熔池内液态金属的流动和传质行为。最后,结合元素示踪试验和数值模拟结果,对电子束深熔焊熔池内流体流动规律进行了归纳总结。结合电子束深熔焊流场模型,对大厚度钛合金电子束焊接接头钉尖缺陷的形成机理进行了研究。结果表明,电子束脉动是形成钉尖缺陷的直接原因,高饱和蒸汽压金属蒸汽是形成钉尖缺陷的重要原因。对熔透实施精确控制,实现全熔透焊接,是解决电子束深熔焊钉尖缺陷出现的最有效方案。为了控制钉尖的产生,对钛合金电了束深熔焊熔透控制系统进行了研究。搭建了一套适合于电子束焊的彩色熔池图像视觉传感系统,实现了熔池图像的实时传感与采集。对熔池图像处理算法进行了研究,实现了熔宽的准确提取。根据试验数据,建立了钛合金电子束焊熔深的BP神经网络预测模型,能够根据焊接参数和熔宽预测熔深,可设计以熔宽为被控变量、电子束流为控制变量的模糊控制器。将BP神经网络模型和模糊控制器结合起来,建立钛合金电子束焊熔透控制系统模型,并对该模型进行了仿真试验,试验结果表明,所设计的控制系统动态性能和稳态性能良好。