激光焊接保护气体作为一个重要的焊接参数,具有保护高温区不被污染和抑制焊接等离子体的作用,特别对于在高温下化学性质极其活泼的钛合金的激光焊接,保护气体对于保证焊接质量起着至关重要的作用。本文采用数值模拟的方法分别对钛合金激光焊接温度场和保护气体流场进行了研究,分析了侧吹喷嘴姿态、尺寸和气流参数对激光焊接保护效果的影响规律,为侧吹喷嘴优化提供了理论依据。并针对侧吹喷嘴对高热输入情况下保护不足的问题,设计了一种更加灵活实用的双通道同轴保护喷嘴。本文首先使用Marc软件,选用高斯面热源和柱状热源的复合热源对TC4 T型接头激光焊接的温度场进行模拟,通过与实际焊缝对比以及热电偶测温试验验证了温度场模型的准确性。研究确定480℃为TC4激光焊接临界保护温度,焊缝表面为银白色;如果只保护520℃、700℃和760℃高温区,焊缝表面会分别呈现黄色、紫色和蓝色。使用Fluent软件,选用标准k-ε湍流方程对焊接保护气的流动特性进行模拟,通过纹影法验证了喷嘴在无拘束条件和平板拘束条件下气体流动场模型的准确性。系统地研究了侧吹喷嘴姿态、尺寸和气体参数对保护效果的影响规律,研究发现:喷嘴高度、喷嘴角度和喷嘴尺寸是影响高温区保护效果的主要因素,保护气流量和喷嘴内径是影响等离子体抑制效果的主要因素。优化Φ8mm、Φ10mm和Φ16mm侧吹喷嘴参数,提升保护效果,并通过Φ16mm喷嘴工艺试验加以验证。以数值模拟得到的高热输入焊接过程高温区范围作为同轴喷嘴尺寸设计的理论依据,设计出一款双通道同轴保护喷嘴。通过喷嘴内部和外部保护气体流动特性分析,优化同轴喷嘴结构和尺寸,阐明了气流约束管壁、筛板和改变旁轴进气角度对保护气流动特性的改善作用,提高了气体流动的稳定性和均匀性。系统地研究了同轴喷嘴主轴与旁轴气流量和喷嘴高度对高温区保护效果和等离子体抑制效果的影响规律,研究发现:对于P=1800W、v=0.6m/min焊接过程,当h=5mm,Q1=Q2=Q3=Q4=10L/min时,等离子体抑制效果最好,保护范围最大。最后通过工艺试验,从焊缝颜色和表面成形两方面,与侧吹喷嘴保护效果对比,验证了同轴喷嘴在钛合金激光焊接保护效果中的优越性。