研究Ti-6Al-2Zr-3Nb-Mo合金激光焊接技术，获得了16mm厚Ti-6Al-2Zr-3Nb-Mo合金试板对接一次焊透、单面焊双面成型焊接工艺；对焊接试板进行了接头微观组织、力学性能、工艺性能等测试，结果表明：Ti-6Al-2Zr-3Nb-Mo合金激光焊接接头表面成形良好，呈银白或淡黄色，焊缝内部无缺陷，满足NB/T 47013.2-2015标准I级要求。焊缝为柱状晶组织，粗大的β相原始晶界被保留下来，内部金相组织为全片层β相转变的针状马氏体α’相和少量晶间α相组成，针状马氏体α’相呈一定方向排列，呈集束状，组织细密，间距小；热影响区金相组织主要由粗大的块状α和片层α的转变β相组成，片层组织由针状α相、片状β相和少量的针状马氏体α’相组成，层状组织相互切割交错。焊接接头残余应力主要集中在焊缝及热影响区附近。焊接接头力学性能稳定，抗拉强度高于母材，为韧性断裂。焊缝和热影响区冲击吸收功比母材高。钛合金大功率激光焊接技术具有良好的应用前景。