对56mm厚TC21钛合金进行了真空电子束焊接试验，通过拉伸试验以及硬度试验对接头力学性能进行了评定，借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射（XRD）以及透射电子显微镜(TEM)对接头各区域的显微组织演化进行了分析，采用XRD/sin2方法对焊缝上表面和横截面的横向和纵向残余应力分布进行了测量。　　采用电子束焊接方法能够成功实现大厚度 TC21钛合金的连接，接头强度高，焊缝成形良好。根据焊缝几何特征的不同，接头可分为锥形，平行型和钉型三种类型。　　根据组织特征的不同可以将接头分为焊缝区、热影响区、熔合区以及未受影响的母材。焊缝内为柱状β晶，其内为马氏体针。热影响区又分为三个区域，即等轴晶区、完全β化区和不完全β化区。熔合区内焊缝区柱状晶和热影响区等轴晶联生，保证了可靠连接。马氏体的析出与峰值温度和冷却速度有关，从焊缝到母材，马氏体含量逐渐减少，β相含量逐渐增多。　　熔深方向焊缝组织形态和抗拉强度一致，只是在焊缝上部组织尺寸较大，各区域宽度较大，而在焊缝下部各区域宽度较窄，组织相对细小。不同热输入下接头不同位置区域的抗拉强度十分接近，抗拉强度与该区域的宽度关系不大。　　焊缝区内硬度最高，其次是热影响区I区和II区，而在接头热影响区III区出现硬度最低点，也说明了该区域材料在焊接过程中发生了软化，拉伸断裂在此处发生。这与接头各区域中显微组织相对应，析出针状马氏体的区域硬度升高，且马氏体含量越大的区域，硬度越高。热影响区内出现软化是因为该区出现α相向β相的转变。不同类型的焊缝，力学性能一致性差异较大，同一纵截面上锥形焊缝的显微硬度差异最大，体现出较大的不一致性，而平行型焊缝在同一纵截面上显微硬度分布为同一水平，体现出良好的一致性。　　残余应力测量结果表明在焊缝厚度方向上所受应力皆为残余压应力。在焊缝区的厚度方向上，越接近焊缝上部，残余压应力越大；而在垂直于焊缝区的厚度方向上，近焊缝区为较大的残余压应力，远焊缝区为较小的残余拉应力。