钛合金具有低密度、高比强度、良好的耐蚀性和疲劳性能等综合性能,广泛用于航空航天、石油化工、造船以及生物医学等许多领域中。在工业生产中,采用异种钛合金的组合结构可以充分发挥不同合金的性能优势,降低产品的生产成本。真空电子束焊(EBW)具有能量密度高、焊接热影响区小、焊缝深宽比大、保护气氛好等特点,较适合于钛合金等活性金属的焊接。基于此,本文首先采用MSC.Marc软件对TC4/TA7异种钛合金电子束焊接温度场进行数值模拟分析,优化选择电子束焊工艺参数。文中对异种钛合金电子束焊接头的显微组织与力学性能进行系统分析测试,探讨异种接头形成的机理。作为对比,本文还对异种钛合金的TIG焊工艺进行了试验研究,分析了不同填充材料对接头显微组织与力学性能的影响。焊接温度场模拟结果显示,TC4/TA7异种钛合金电子束焊接温度场呈不对称分布,其中TC4侧的高温作用范围较TA7侧的宽。与焊缝中心相同距离节点的峰值温度有所不同,TC4侧热循环曲线的峰值温度要高于TA7侧。随着与焊缝中心之间距离的增加,TC4侧和TA7侧的峰值温度均逐渐降低,越靠近热源的位置,温度梯度越大。将不同工艺参数下的熔池形貌进行对比发现,相较于焊接速度,电子束流对熔池形貌的影响更大。数值模拟优化后的主焊工艺参数为:加速电压50k V,焊接速度13mm/s,电子束流15m A;修饰焊工艺参数为:加速电压50k V,焊接速度12mm/s,电子束流12m A。接头金相组织观察表明,异种钛合金接头不同区域的显微组织存在较大差异,焊缝区主要由大量细小的α′马氏体组成,TC4侧热影响区由较多的马氏体、初生α相和初生β相组成,TA7侧热影响区由少量的马氏体、块状α相和初生α相组成。SEM分析显示,焊缝区组织形态为平行生长的马氏体丛束和交错分布的网篮组织。TEM观察发现,由于修饰焊的热循环作用,接头上部的马氏体较粗大,在接头焊缝区形成了位错亚结构。EDS元素线扫描和面扫描分析表明,接头界面区域的合金元素分布较均匀,未发现元素偏析等现象。接头区域的显微硬度分布由高至低为:焊缝区>TC4侧热影响区>TC4母材>TA7侧热影响区>TA7母材。拉伸试验结果表明,接头的抗拉强度与TA7母材的强度接近,接头的断后伸长率与两种母材的相比有所降低。接头拉伸断裂发生于TA7母材侧,接头拉伸断口呈韧性断裂特征。分别采用TC4焊丝和TA28焊丝作为填充材料对异种钛合金进行钨极氩弧焊(TIG焊)。接头显微组织观察与分析发现,与电子束焊接头相比,异种钛合金TIG焊接头的组织相对粗大,焊缝区主要为取向相同的马氏体集束。力学性能测试表明,填充材料为TC4焊丝时TIG焊接头区域的显微硬度分布由高至低为:焊缝区>TC4侧热影响区>TC4母材>TA7侧热影响区>TA7母材;填充材料为TA28焊丝时TIG焊接头区域的显微硬度分布由高至低为:TC4侧热影响区>TC4母材>TA7侧热影响区>焊缝区>TA7母材。TIG焊接头的焊缝硬度和抗拉强度均比电子束焊接头的稍低,当焊接热输入较大时,TIG焊接头中易出现气孔等缺陷,导致接头的力学性能降低。