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TD3合金名义成分为Ti-24Al-15Nb-1Mo，是一种中等Nb含量的Ti3Al基合金，具有抗氧化性、断裂韧性、塑性和高温持久性能。TD3合金可适用于700℃-1000℃，是一种具有开发潜能，可以应用于航空航天的高温结构材料。激光焊接与传统的焊接技术相比，在焊接精度、效率和自动化等各方面都具有优越性。近年来，激光焊接技术在发达国家应用于汽车和航空等领域。本文研究TD3合金激光焊接头微观组织和力学性能，为TD3合金的焊接及应用提供了理论依据和试验数据。研究结果表明：（1）在正面气体保护条件下，环轧TD3合金的焊缝均被氧化，焊缝表面成形较差，同时焊接接头均出现横向裂纹。焊接速度为30mm/s，激光功率范围为2500-2900W时，焊接过程为深熔焊，随着激光功率的增加，焊缝横截面形状由V形变成X形，激光功率增加到一定程度，由X形变成V形。随着激光功率的增加，深宽比减小，母材变形量变大，且热影响区的宽度随焊缝截面形状的改变而发生变化。激光功率为2000W，焊接速度为15-25mm/s时，由于激光功率密度较低，焊接过程为热传导焊，焊接接头均未焊透。（2）锻态TD3合金和环轧TD3合金，在激光焊接时，需要底面和侧面同时进行气体保护。侧面气体流量过大或过小，都对焊接过程产生不利的影响。密闭容器底面Ar气流量为25L/min，侧面Ar体流量为20L/min时，锻态TD3合金和环轧TD3合金在其内部进行焊接，随着激光功率的增加，热影响区的宽度增加，功率增加到一定程度，热影响区宽度减小；同时，焊缝的宽度增加，焊缝区形成柱状晶尺寸增大；随着焊接速度的增加，热影响区宽度减小，焊缝宽度减小，形成柱状晶尺寸减小。（3）锻态TD3合金激光焊接头远缝区组织主要为：初生2相和β相；近缝区组织主要为：β相和部分残留的初生2相。环轧TD3合金激光焊接头远缝区组织主要为：初生2相，β相和部分O相；近缝区组织主要为：β相和少量的初生2相。（4）热影响区和焊缝区的平均显微硬度都高于母材平均显微硬度，并且在热影响区的平均显微硬度最高；激光功率越大，焊接接头平均显微硬度越大；焊接速度越大，焊接接头平均显微硬度越小；随着线能量的增加，热影响区和焊缝区平均显微硬度大体呈递增的趋势。室温条件下，所有接头抗拉强度均低于母材抗拉强度,锻态TD3合金都在热影响区断裂，环轧TD3合金大部分断于热影响区；侧面气体流量为20L/min的拉伸性能都大于30L/min的拉伸性能。锻态TD3合金，随着线能量的增加，接头抗拉强度增大，线能量过大，接头抗拉强度降低。锻态TD3和环轧TD3合金激光焊接头热影响区和焊缝断口均呈现脆性断裂的特征；母材为脆性断裂，局部具有韧窝等塑性断裂的特征。