钛及钛合金因其密度小、比强度高、耐腐蚀性好及焊接性好等优异的综合性能,被广泛用于核潜艇耐压壳体、管路系统件等船用结构件的制造中。船用结构件多为大厚度焊接件,随着我国海洋强国战略规划的提出,船用大厚度焊接件的需求量不断增加,厚板钛合金的焊接问题引起了广泛关注。真空电子束焊具有热源功率密度高、能量集中、变形小及可焊厚度范围宽等一系列优点,可以避免传统的焊接方法在焊接厚板钛合金时所产生的缺陷,获得性能良好的接头。本课题分别对厚度30mm纯钛(TA1)及100mmTC4钛合金大厚板进行了电子束焊(EBW),并对接头进行了不同工艺的焊后热处理试验。研究了热处理前后厚度30mmTA1及100mmTC4电子束焊接接头横截面不同深度处显微组织、显微硬度的变化特点,测试了接头横截面不同深度处室温下的拉伸性能、冲击性能。采用扫描电子显微镜(SEM)对接头断口形貌进行了观察并分析显微组织对断裂机制的影响。厚度30mmTA1电子束焊接接头组织由母材区等轴α到焊缝区粗大α柱状晶+锯齿状α+针状α’组织过渡。焊缝区针状位α’使得接头硬度、强度变高,强度最高增幅为5.2%;韧塑性变差,降低幅度在10.7%～19.3%,接头上部和底部的强度优于中部。接头经过750℃×2h FC热处理焊缝区域α’马氏体数量增多;850℃×2h FC热处理焊缝的马氏体α’发生碎化生成大量无序、短小的针状组织。650℃×2h FC热处理后整体硬度降低,850℃×2h FC热处理后整体硬度升高,热影响区存在软化现象。TA1接头经过热处理后接头横截面不同深度处的组织性能更加均匀。厚度100mmTC4电子束焊接接头组织由母材区的等轴(α+β)相连续过渡到焊缝区的针状α’马氏体。接头横截面不同深度处的硬度和强度均高于母材、伸长率低于母材,接头伸长率最大降低幅度为30.2%,焊缝的冲击功低于母材的冲击功。TC4接头经600℃×2h FC处理焊缝α相得到粗化;850℃×2h FC热处理焊缝针状α’马氏体含量增多。(920℃×2h WC)+(500℃C×4h AC)热处理后焊缝组织为针状α’马氏体+原始β晶界;相比于焊件,接头最大平均抗拉强度增大141MPa,伸长率最多降低了 56.5%,焊缝硬度增大60HV,母材硬度增加40HV。不同热处理后100mm TC4电子束焊接接头各层性能更加均匀。TA1焊接件、650℃×2h FC及750℃ ×2hFC热处理后接头的拉伸、冲击断裂机制均为韧窝断裂。850℃×2hFC热处理后拉伸断裂机制为韧窝和准解离的混合型断裂,冲击断裂机制为准解离断裂。TC4焊件、600℃×2h FC和850℃×2h FC热处理后接头拉伸断裂机制均为韧窝断裂,(92℃×2h WC)+(500℃×4h AC)热处理态下拉伸试样断裂机制为解离断裂。TC4焊件焊缝冲击断裂机制为准解离断裂,60℃×2h FC和850℃×2h FC热处理后焊缝断裂机制为韧窝断裂;(920℃×2h WC)+(500℃×4h AC)热处理后焊缝冲击试样断裂机制为解离和韧窝的混合型断裂,解离断裂为主。