钛合金以其优异的综合性能，成为应用到航空航天结构件的重要材料。本文对中厚板钛合金进行激光-MIG焊工艺进行研究，并通过对焊缝微观组织分析，探寻力学性能和组织存在的关系。首先对焊接过程熔滴过渡行为进行研究，研究结果表明激光功率增大，熔滴的过渡频率fD发生变化，熔滴与激光束的距离DL-D也随之改变。在3kW时fD趋于最大值，DL-D最小。随着光丝间距增大，过渡频率显著增加。MIG电弧的电流达到190A，过渡状态由大滴过渡转变为射滴过渡；电压对熔滴过渡起阻碍作用，当电压超过26V时，可能会导致熔滴无法正常过渡；保护气流量为18L/min时，熔滴过渡的轴向性和过渡稳定性最佳。通过试验发现坡口角度对打底焊的焊缝成形和抗拉强度有较大影响，当坡口角度为60°试件焊缝抗拉强度最大，坡口角度为90°时对应的熔深和熔宽最大。对15mm厚板采用双面焊接形式，在一面焊接两层后翻面焊接后两层的焊接顺序最佳。在大致相同的热输入量，焊接层数越多，熔宽和热影响区宽度越小。焊缝微观组织的特征：部分具有较大的纵横比、长而平直α′马氏体规则排列，呈集束形状，形成魏氏组织；另一部分尺寸较小、纵横比小的α′马氏体，相互交织，形成网篮状组织。微观精细组织的特征：α′马氏体的形态为粗大的板条状和细长的针状；在马氏体晶粒间，存在α-β组织，其组成为α+转变β+残余β；在马氏体晶内存在位错结构。接着对TC4钛合金激光-MIG焊接不同热输入条件下焊缝区的晶粒长大和组织转变进行了研究。结果表明，随焊接热输入的增大，α′马氏体平均厚度变大，α′板条马氏体的平均宽度由0.49um增长到0.82um，位错密度显著增加，α-β片层组织由条纹状变为连续状。最后对多层焊层间组织性能进行研究。层间重熔区的组织晶粒的生长方向相互交错，晶粒的尺寸也相对变小，而层间热影响区中α′+β片层的厚度变小。随着焊接层数的增加，焊缝经历的层间热循环和重熔次数增加，使其抗拉强度变大，抗冲击性降低，断裂形式由塑性断裂变为韧脆混合断裂。随着层间冷却时间的增加，β的相对含量变大，α-β组织厚度增大，α′板条马氏体的宽度小幅度变化。层间冷却时间为4min平均抗拉强度最低，延伸率最小，冲击韧性最差。