Ti₃Al（TiAl）金属间化合物基高温合金具有轻密度、高熔点、高比强度和比模量以及良好的高温抗蠕变性能和抗氧化性能等特点,被认为是21世纪极具应用前景的新型轻质高温结构材料。近年来,随着对Ti₃Al（TiAl）基合金研究的不断深入,关于Ti₃Al（TiAl）基合金与其它异质材料连接问题的研究,也正在全面展开。其中一个具有潜在应用前景的组合就是与Ni基高温合金连接制造出轻质高效的结构系统,不仅显著减轻结构重量,还能发挥高温性能优势。由于Ti₃Al（TiAl）基合金与Ni基高温合金之间存在高差异的物理化学性能,导致Ti₃Al（TiAl）基合金与Ni基高温合金的焊接性极差,严重恶化了接头性能,阻碍了其应用进程。因此,开展Ti₃Al（TiAl）基合金与Ni基高温合金异质材料激光焊研究,可加深对Ti₃Al（TiAl）基合金与Ni基高温合金异质材料焊接性本质的理解和认识,丰富材料焊接基本理论,促进Ti₃Al（TiAl）基合金与Ni基高温合金异质材料焊接技术的发展,推动其在航空航天、国防等高科技领域的应用。本文首先较系统地研究了Ti₃Al（TiAl）基合金同质材料激光焊接性特点。为揭示Ti₃Al（TiAl）基合金/Ni基高温合金异质材料激光焊接性、提高接头性能,提供必要的理论依据。研究结果表明,Ti₃Al基合金激光焊接性明显优于TiAl基合金激光焊接性。接头成型良好,无裂纹缺陷。焊缝区为细小的胞状晶组织。从焊缝区到母材相组成依次为单相B2（焊缝区）→B2+少量的?₂（Near-HAZ）→B2+?₂→B2+?₂+O（Far-HAZ）。较小的脉冲电流更适宜Ti₃Al基合金激光焊接,接头的抗拉强度最高为435MPa。TiAl基合金激光焊接性较差,焊缝区?₂相含量增加,焊缝区存在大量的裂纹,接头的抗拉强度极低。适当地增加脉冲电流,有利于减少TiAl基合金激光焊接头裂纹敏感性,提高接头力学性能。加纯Ti中间层可实现TiAl基合金激光焊接,接头无裂纹缺陷。接头抗拉强度可达288MPa,与不加纯Ti中间层的TiAl基合金激光焊接头相比,强度明显提高。Ti₃Al基合金/Ni基高温合金异质激光焊接性较差,直接对焊无法实现二者的连接,主要归因于接头生成了AlNi₂Ti、Ni_0.35Al_0.30Ti_0.35、Ti₂Ni、?₂、Cr₂Nb、Ni₃Al等脆性金属间化合物。改变激光焊参数仍无法从根本上改变脆性金属间化合物的性质,无法实现二者的连接。采用纯Ti中间层可实现二者的连接。焊缝区主要由TiNi和Ti₃Ni₄及少量的Ti₂Ni、TiNi₃、AlNi₂Ti、NiAl相构成。接头抗拉强度为177MP,接头断裂于Ti₃Al基合金侧化合物层。采用纯Nb中间层无法实现二者的连接,主要归因于接头生成了大量的AlNbNi、AlNbNi₂、Cr₂Nb、Ni₃Nb脆性相。采用纯V中间层可实现二者的连接。焊缝区组织细小,接头的抗拉强度为95MPa,断裂主要发生在Ni基高温合金侧界面区,主要归因于该区生了大量的AlNi₂Ti、Ni_0.35Al_0.30Ti_0.35、TiNi、Ni₃V等含Ni金属间化合物相。采用纯Cu可以实现二者的连接。焊缝区主要由（Ni,Cu）固溶体相和Cu基固溶体相构成。接头的抗拉强度仅为80MPa,断裂发生在Ti₃Al基合金侧界面区,主要原因在于该区生成了AlCuTi和AlCu₂Ti。采用V/Cu复合中间层的Ti₃Al基合金/Ni基高温合金异质激光焊的研究结果表明,不同结构的V/Cu复合中间层对焊缝组织具有明显的影响。当采用合适的复合中间层时（0.2mmV/0.4mmCu）,有利于改善焊缝区组织提高接头室温抗拉强度（312MPa）,高温强度可达240MPa。当Cu层过厚时,由于存在未熔化的纯V层与过渡层连接不紧密,抗拉强度明显降低。采用优化的V/Cu复合中间结构（0.4mmV/0.4mmCu）可改善Ti₃Al/Ni基合金激光焊缝区组织及提高力学性能。接头的室温与高温抗拉强度均有所提高,分别达345MPa和280MPa。与（0.2mmV/0.4mmCu）复合中间层接头相比,接头室温和高温抗拉强度分别提高10.6%和16.7%。TiAl基合金/Ni基高温合金直接激光焊接,无法形成有效的焊接接头,焊接过程中发生断裂。主要归因于接头生成了大量的AlNi₂Ti、Al_0.35Ni_0.30Ti_0.35、TiNi₃、AlNi、Al₃Cr₇脆性金属间化合物。改变激光焊参数,仍无法实现二者的连接。填加纯Ti中间层未能实现TiAl/Ni基高温合金的连接,主要归因于接头生成了大量的Al_0.35Ni_0.30Ti_0.35脆性相。填加纯Nb中间层未能实现TiAl/Ni基高温合金的优质连接,焊缝存在宏观裂纹。主要归因于Nb与Ni基高温合金中的Ni、Cr元素形成AlNbNi、AlNbNi₂、Cr₂Nb多种脆性金属间化合物相。填加纯V中间层可以实现TiAl/Ni基高温合金的连接。焊缝区主要由（V,Cr）固溶体相和（V,Cr）/AlNi₂Ti共晶组织组成,接头抗拉强度为140MPa,接头断裂在Ni基高温合金侧界面区,可能与该区生成片层极为细小的（V,Cr）/AlNi₂Ti共晶组织有关。填加纯Cu中间层可以实现TiAl/Ni基高温合金的连接。焊缝区主要由Cu基固溶体、Cr基固溶体和Al（Ni,Cu）₂Ti/Cr共晶组织构成。接头抗拉强度为155Mpa,断裂发生在TiAl基合金侧,主要归因于界面区形成大量的AlCuTi和AlCu₂Ti脆性金属间化合物。填加V/Cu复合中间层可实现TiAl基合金/Ni基高温合金的连接。焊缝区主要由V基固溶体、Cu基固溶体及（V,Ti）/AlCu₂Ti片层组织组成。接头室温和高温抗拉强度平均为230MPa和145MPa。与采用单一元素中间层的接头相比,室温接头强度明显提高。但仍低于TiAl基合金母材室温与高温强度。接头断裂发生在TiAl基合金热影响区与A层之间,主要是由于该位置受到激光高温热作用易形成空位,削弱原子的键合力,在拉伸过程中,这些空位聚合形成萌生裂纹,导致最终断裂。采用优化的V/Cu复合中间结构可改善TiAl/Ni基高温合金激光焊缝区组织及提高力学性能。接头的室温和高温抗拉强度均有所提高,分别达251MPa和202MPa。与未优化的V/Cu复合中间层接头相比,接头室温和高温抗拉强度分别提高9.1%和39.3%。