钛合金被广泛应用于工业和航天军事，具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、不导磁的特点。激光焊接钛合金具有以下优点：焊缝深宽比大、热影响区小、焊接变形小和焊接效率高。本文采用有限元软件ANSYS的Mechanical APDL和FLUENT模块对TC4钛合金的激光焊接匙孔成形和消失过程、平板焊接温度场和圆管管件焊接热应力场和焊接变形进行数值模拟分析，其研究对于弄清钛合金薄壁件激光焊接过程温度场、流场以及热应力场具有重要意义。首先，针对激光焊接过程匙孔成形和消失过程进行数值模拟。采用光束追踪热源，考虑了熔池自由表面、蒸发反作用力、表面张力、浮力和重力作用等因素建立二维对称数值分析模型。研究结果表明，当激光输入量较小时，匙孔为盲孔，焊缝形状为“碗状”；当激光输入量较大时，匙孔为穿孔，工件底部熔池呈顺时针流动，热量从工件中心向熔池边缘一侧传递，导致下表面熔宽增大，最后形成“鼓形”焊缝；激光吸收效率随着匙孔深度的增加而增加，当匙孔深度超过0.44mm时，激光吸收效率明显增加，形成“匙孔效应”。其次，针对钛合金平板连续焊接过程温度场进行了数值模拟，对比不同激光功率和速度下熔池尺寸和高温停留时间。研究结果表明，采用锥状热源模型模拟TC4薄板熔透时的温度场，得到的焊缝横截面轮廓与实验结果匹配良好；焊接初始阶段位置附近存在未熔透，当焊接开始后一定时间达到准稳态；对于板厚为1mm，激光功率为1000W，焊接速度为10mm/s，距离焊接初始点1.944mm之前位置未熔透，焊接开始后0.53s后熔池达到准稳态。最后，针对激光对接焊钛合金圆管管件过程的热应力场和焊接变形进行数值模拟，研究了夹具位置、激光功率和焊接速度变化对焊接残余应力和焊接变形的影响。研究结果表明，如果只沿管件焊接一周，焊接初始点附近存在未熔透现象；对未熔透部分进行补焊之后的残余应力分布和焊接变形与只焊接管件一周相比相差不大。