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TC4钛合金具有比强度高、抗腐蚀能力强和良好的高低温力学性能等优点,因此钛合金厚板在船舶、海洋工程、航天航空、核电工程、机械制造等领域具有广泛的应用。常规焊接方法焊接钛合金厚板时存在焊接效率低、接头质量差等问题,窄间隙TIG焊接采用深且窄的I型或小角度V型坡口,具有填充材料少、焊接效率高、焊接变形小及接头质量高等优势。因此,本课题采用窄间隙TIG焊接方法对30mm厚TC4合金进行单道多层填丝焊接试验,研究焊接工艺对焊缝成形及焊接接头组织和力学性能的影响,以解决厚板钛合金焊接过程中容易出现侧壁未熔合、层间未熔合等问题,为该工艺的实际应用提供参考。通过优化焊接电流、焊接电压、焊接速度、摇动速度和摇动角度等焊接工艺参数,并进行焊缝成形参数的测量及接头显微组织的观察,得出在I型坡口,坡口间隙为10mm下的最佳焊接工艺参数为:焊接电流210~250A,焊接电压11V,焊接速度85~120mm/min,摇动速度35~55rmp。利用优化后的焊接工艺参数对30mm厚TC4合金进行焊接,对焊接接头的宏观形貌、显微组织、显微硬度、拉伸性能及拉伸断口形貌进行了分析。结果表明:采用优化后的焊接工艺参数可获得侧壁熔合良好、层间熔合良好且焊缝成形美观、鱼鳞纹紧密排列的焊接接头。接头焊缝区晶粒粗大,显微组织主要由α?马氏体组成;热影响区较窄,宽度约为1~2mm,显微组织主要为残留β相和少量α?马氏体。焊缝区及热影响区显微硬度均高于母材硬度,其中盖面焊层焊缝区显微硬度较低,为328HV,而接头中部焊缝区显微硬度较高,其值可达355HV,表明焊缝区具有较高的硬度,且接头无明显的软化区域。焊接接头抗拉强度平均值可达到973MPa,可达母材抗拉强度的95%左右,断裂位置均在焊缝处,表明窄间隙TIG焊接经过工艺优化后可获得具有良好的力学性能的焊接接头。焊接接头拉伸断口呈杯锥状,并存在可观察到的深浅不同大小不一的等轴状韧窝,其断裂方式为韧性断裂。