作为优秀的航空航天结构材料,质轻、比强度高、耐腐蚀、耐高温的钛合金在减轻结构重量,提高材料利用率,降低成本等方面很有优势,激光焊的使用让以上优势进一步得以凸显。以“小孔效应”为基础的激光深熔焊接具有能量密度高,加热集中,对材料热损失小,得到的焊缝深宽比大,焊接接头残余应力低,焊接精度高等许多优点。然而激光焊接过程始终还是一个快速不均匀传热的过程,焊缝附近会产生很大的温度梯度,焊后的结构难免会有不同程度的残余应力和变形产生,这些问题会直接影响到焊接结构的质量和使用性能。通过控制焊接过程的热输入和冷却方法,可以控制熔池的特征量和热循环参量,这有利于实现对焊接结果的预测和控制。而焊接温度场分布则恰可以反映复杂的焊接热过程,因此研究焊接温度场对与焊接质量的控制十分重要。本课题主要通过运用高速摄像和红外热像的方法,对TA15钛合金激光焊接过程进行实时监测,然后对监测得到的视频和图像结果进行计算分析处理,探讨了TA15钛合金激光焊接熔池、温度场分布及焊接热循环的特征与焊接参量的关系；利用自主开发软件简单尝试并实现了钛合金激光焊接温度场的三维重构；接着对最终得到焊缝剖面的形貌、组织分布以及焊缝表面成形质量和缺陷进行了分析。研究结果表明：(1)其他条件一定的情况下,随单位厚度焊接线能量的增加,TA15钛合金激光焊接的正、背面熔池的宽度和长度均不断增加；保护气体种类对正面熔池形状尺寸影响不太大,对于背面熔池而言,则是线能量较低时,氦气保护时熔池宽度和长度较大；线能量较高时,Ar气保护的熔池宽度和长度较大。(2)激光功率一定时,随焊接速度的降低,红外测得的正面温度场最高温度不断增加,而背面温度场最高温度随焊接速度的变化出现了一定的不规律波动。(3)在激光功率一定条件下,焊缝正面热循环特征量与单位厚度焊接线能量的关系如下：(a)焊缝凝固点以上停留时间,随单位厚度焊接线能量的增加而增加；(b)熔池实际的平均加热速度随着单位厚度焊接线能量的增加而减小；(c)800-500℃平均冷却速度和800-300℃平均冷却速度都随单位厚度焊接线能量的增加而减小,且ωc-8/5明显比ωc-8/3快得多。(4)用高速摄像监测方法得到的熔池热图像,通过分析计算可以重构得到的三维焊接温度场。(5)线能量较大时,热影响区较宽,晶粒由熔合线向母材方向逐渐细化,相变热影响区特征明显；线能量较小时,热影响区较窄,熔合线处β晶粒尺寸突变,很难识别出相变热影响区。薄板对单位厚度线能量的敏感性明显比厚板强。焊接线能量增大时,焊接缺陷发生的可能性增加。He气保护,焊接线能量较大时,更容易出现下塌缺陷。