钛合金和铝合金的复合结构在航空、航天和汽车等工业领域具有巨大的应用潜力,但是由于热物理化学性能的巨大差异,使二者之间的焊接一直存在着很大的困难。抑制金属间化合物的形成是Ti/Al异种合金焊接的主要问题。本文采用激光熔钎焊方法,利用激光能量的精确可控性有效地限制了金属间化合物的厚度,获得了具有熔焊与钎焊双重特性的复合型接头,实现了Ti/Al异种合金的可靠连接。本文全面地研究了Ti/Al异种合金激光熔钎焊特性,阐明了影响焊缝成形、界面反应、接头力学性能的本质因素,为焊接接头的质量控制提供了依据,在此基础上,首次实现了在快速加热和冷却的热循环条件下反应层厚度的准确计算。同时,本文的该研究成果对其它的异种合金的焊接也具有普遍的借鉴意义。本文以5A06铝合金和Ti-6Al-4V钛合金为母材;考虑到Si元素可有效地抑制Ti/Al界面反应的冶金特性,选用Al-12Si焊丝作为填充材料;采用CO2激光为热源对激光熔钎焊工艺特性进行研究。针对激光局部加热、高温停留时间短等特点,重点研究了光斑模式(圆形、矩形)、辐照位置、坡口形式等对焊缝成形与接头强度的影响规律。试验结果表明,采用能量均匀分布的矩形光斑配合V形坡口形式,一方面大大提高了焊接过程的稳定性,能够获得双面成形良好的焊缝;另一方面解决了由于激光局部加热的高温度梯度导致的界面反应层在板材厚度方向上不均匀分布的缺点,促进了界面反应的均匀化,使得界面结合强度可高于焊缝,接头平均抗拉强度为278Mpa,比现有研究成果提高39%。通过微区XRD衍射分析、SEM和TEM电子显微研究精确鉴定了反应层物相组成,描述了界面反应层的微观组织特征。界面反应层主要由极薄连续反应层和锯齿状非连续反应层组成,其物相分别为纳米颗粒Ti7Al5Si12和TiAl3。若钛发生微熔,界面反应会变得极为复杂,将会出现固态相变、共晶、亚共晶、过共晶等多种类型反应层,主要物相结构为TiAl3、TiAl、Ti3Al和Ti5Si3。基于界面物相精确鉴定、元素扩散行为分析、化合物形成自由能的计算分析和界面微观组织演变的物理模拟分析,揭示了界面反应机理。发现Si元素在界面反应过程的明显的偏聚效应对界面反应产物的形成具有重要影响。以Miedema生成热模型为基础建立了三元合金系化学势的预测模型,实现了Ti-Al-Si三元合金系Si元素化学势的计算,阐明了硅元素在界面反应过程中发生偏聚的本质原因。通过物理模拟的结果证实了TiAl3反应层是由溶解的母材通过结晶的方式形成,而Ti7Al5Si12是依赖于反应扩散通过界面化学反应形成。针对于激光熔钎焊过程温度的瞬间变化特点,结合界面反应机理的研究结果,综合考虑通过结晶形成的TiAl3和界面反应形成的Ti7Al5Si12两方面对反应层厚度的贡献,建立了温度瞬间变化的热循环条件下界面反应层厚度的计算模型。实现了反应层厚度的准确计算,证明在激光熔钎焊条件下钛合金母材溶解之后通过金属间化合物的结晶才是反应层的主要组成部分,与传统钎焊反应层成长理论存在本质不同。进一步,通过有限元数值模拟方法计算了界面不同位置的热循环曲线,进行了不同热输入条件下反应层厚度的预测。为其他类似条件下的反应层厚度的控制建立理论基础。为揭示反应层结构与接头力学性能之间的内在联系,采用原位拉伸方法对界面的裂纹萌生与扩展规律进行了测试与分析,并以组织结构形态标准对界面进行了分层制样的拉伸试验。确认了具有薄层状、锯齿状和棒状的界面反应层能够形成可靠连接,特别是锯齿状反应层有助于抑制裂纹的扩展,具有最佳的力学性能,为接头力学性能的控制提供依据。