钛合金以其众多优异的性能而被广泛的应用于航空航天等领域,且多用于制造飞机蒙皮、发动机叶片等关键构件,而光纤激光焊接是其主要的连接方式,光纤激光焊接接头的应用环境会使其处于单向载荷以及交变循环载荷的复杂受力情况中,因此焊接接头的质量及力学性能是影响其安全性能的关键因素,基于红外热像法研究钛合金及其光纤激光焊接接头力学性能,能够从能量转变的角度对焊接接头在承受不同种类载荷时的应力应变进行深入分析,具有直接、准确、实时等特点,具有很强的理论意义以及实际意义,为钛合金及其光纤激光焊接接头的进一步发展提供参考。本文对钛合金进行了一系列的光纤激光焊接工艺试验,通过分析焊缝在不同焊接线能量时的熔宽、余高、咬边、气孔,得到焊接接头形貌、接头质量与焊接线能量之间的关系;借助红外热像技术分析钛合金及其光纤激光焊接接头在受轴向拉伸载荷和轴向循环交变载荷时,试样表面温度场的变化,分析了光纤激光焊接工艺以及焊接缺陷对接头拉伸力学性能、疲劳力学性能的影响。研究结果表明:采用光纤激光焊接2.5mm厚TC4钛合金,发现焊接功率为2.5kW,离焦量-10mm,保护气体为Ar或者He时所获得焊缝形貌尺寸最佳,且焊缝熔宽会随焊接线能量的增加而增加,焊缝余高和咬边的主要影响因素为焊接线能量;使用偏焦焊接,熔宽的变化规律没有发生较大变化,但可以明显改善光纤激光焊接TC4钛合金时的产生咬边缺陷,但是偏焦也会造成低焊接线能量时,焊缝熔透性差的问题,如果要达到同样的熔透性,必须适当增加线能量;He做保护气可以适当提升熔池的稳定性,减小焊缝的余高及咬边,但在焊接线能量不高时,Ar的保护作用更为明显。当焊接线能量大于80J/mm时,钛合金光纤激光焊接接头中的气孔基本消失,;改变保护气体类型以及离焦量后,气孔的产生及分布与焊接线能量之间的关系基本保持不变。基于红外热像研究钛合金及其焊接接头的拉伸力学性能结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷高于屈服强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。当接头中存在气孔和咬边缺陷时会大大加据应力集中现象,从而使塑性变形区域的长度进一步减小。基于红外热像研究钛合金及其焊接接头的疲劳力学性能结果表明:光纤激光焊接工艺会影响钛合金的疲劳力学性能;钛合金及其光纤激光焊接接头在疲劳力学性能试验过程中温度的演变呈现三个阶段,分别为初始升温阶段、温度下降阶段和温度剧烈升高阶段。