细晶粒TC4钛合金具有良好的机械性能和抗腐蚀性,在航天航空中得到了广泛应用。但在焊接过程中,存在着热影响区严重粗化等问题,降低了其使用性能。因此对焊接热影响区组织形貌,及晶粒长大规律的研究,对于控制焊接接头热影响区粗化,提高材料的使用性能显得尤为重要。本文研究了细晶粒TC4钛合金,TIG焊接接头形貌特征,分析了接头性能的变化规律。采用有限元方法,对细晶粒TC4钛合金的薄板TIG焊接温度场进行了数值模拟研究,分析了焊接热影响区不同部位对应的热循环特征。应用热模拟技术,研究了冷却速度等因素对细晶粒TC4钛合金热影响区晶粒尺寸及组织演变的影响规律。细晶粒TC4钛合金经历TIG焊接热循环之后,依然形成由母材、细晶区、粗晶区到熔合区,在晶粒尺寸和组织上的逐渐过渡现象。焊接热影响区各区域组织严重粗化。晶粒尺寸由原始的几μm成长为几百μm。熔合区为粗大的柱状晶,显微组织均为粗大的α′针。粗晶区组织为粗大的等轴晶其微观组织主要为α′针和α相、残余β相,但α′针尺寸比焊缝区略小。细晶区为细小的等轴晶,显微组织仍为α相和α′残余、β相的混合组织。此时α′针更细小而残余β相却较大。温度场的分析表明,随着焊接热影响区各点距离熔合线位置的增加,冷却速度越快。同时在焊接热影响区,同一位置随着焊接热输入量的增加,冷却速度变慢。热模拟实验结果表明随着冷却速的提高,晶粒长大趋势变小。低温部分组织转变主要产物为α相及残余β相和α相。反之则晶粒长大趋势变大,高温部分主要转变产物为α′相。冷却速度和高温停留时间对近母材热影响区硬度影响也较大,随着冷却速的提高热影响区硬度值增加,而随着高温停留时间的延长硬度降低。