基于钛/铝异种材料连接的结构轻量化设计与制造在航天航空以及交通运输等领域受到了广泛的关注,然而由于钛合金与铝合金在物理、化学以及冶金特性等方面的巨大差异,采用传统的熔化焊难以获得良好的钛/铝异种合金接头。因此,本文利用激光焊接技术开展钛/铝异种合金激光自熔钎焊连接机理与规律的相关研究,这对于钛/铝异种结构的研究与工程应用具有重要的价值。首先,开展了钛/铝异种合金激光自熔钎焊接头裂纹形成研究。研究发现,在TC4/6061接头中,裂纹在焊缝区的晶界处萌生,并沿α-Al晶界进行扩展;在TC4/2024接头中,裂纹在界面处萌生,并沿界面呈锯齿形扩展;通过调整激光焊接参数以降低焊接热输入,可以有效抑制接头中裂纹的产生。其次,在抑制焊接裂纹生成的基础上,开展了钛/铝异种合金激光自熔钎焊工艺及组织性能研究。结果表明,随着激光功率的增加或焊接速度的减小,两种类型钛/铝异种合金接头焊缝区金属间化合物含量均增加且由颗粒状转变为针状及长条状;接头的抗拉强度均呈现先增加后减少的趋势。TC4/2024接头界面层主要由Ti Al3组成;当界面层厚度在0.7-1.0μm时,接头平均抗拉强度达到298MPa,约为2024铝合金母材的70%;接头断裂模式均为韧脆混合断裂。TC4/6061接头的界面层在低焊接热输入时主要由Ti Al3组成,而高焊接热输入时主要由Ti Al3和Ti Al2组成;当界面层厚度为1.2-1.7μm时,接头平均抗拉强度达到220MPa,约为6061铝合金母材的65%,此时接头断裂模式为韧性断裂,而其余接头的断裂模式为韧脆混合断裂。最后,开展了激光自熔钎焊条件下钛/铝界面热力学与动力学的理论计算与分析。结果表明,Cu元素会使得合金体系的自由能升高,而Si元素会使得合金体系的自由能降低,因此与TC4/2024的界面反应相比,TC4/6061的界面反应更容易发生;另外,随着Ti含量增加,Si元素的化学势梯度（Δμ）比Al元素的化学势梯度（Δμ）更大,从而使得TC4/6061界面处出现了Si原子的偏聚。基于界面层的生长理论,通过Nernst-Shchukarev方程、菲克扩散定律以及质量守恒定律,建立了界面层厚度的理论计算方程,结合界面热循环曲线实现了不同激光功率下的界面层厚度的计算,预测结果与实际结果较为吻合,可为焊接工艺的控制提供借鉴。