钛铝合金因其优异的机械性能在航空、航天、军事及民用领域表现出良好的前景。世界各国材料研究工作者争先开展此类金属间化合物实用化技术的研究工作。近年来针对此类材料连接问题也成为焊接领域的研究热点。本课题针对此类合金固相连接技术的局限性，研究了不同铝含量的钛铝合金(主要是Ti3Al及TiAl)的电子束焊接接头的组织特征及断裂行为。 采用电子束焊接Ti3Al-Nb合金时，电子束焊缝外观成形良好。在采用加速电压55kV、聚焦电流2590mA、焊速400mm/min、束流14mA的最佳焊接规范下，得到抗拉强度839MPa的焊接接头，可达母材强度的92.7％。焊缝区断口形貌显示除局部地区有韧性特征外，大部分区域为起源于晶界或相界的河流花样和扇形花样，呈脆性断裂。Ti3Al-Nb合金电子束焊缝中主要是由B2相组成，并含有少量α2相，且不随焊接线能量的变化而改变，焊接线能量只影响Ti3Al-Nb合金电子束焊接接头晶胞形貌尺寸和位向。焊缝产生这种不同结晶形态的主导因素是焊缝中Nb，Al元素不均衡性，匙孔渠道温度梯度和结晶速度的差异。与母材相比，热影响区和熔合区的硬度有显著增加，具有明显的不均匀性，并且HAZ的硬度显著高于FZ区，焊缝中心区域的硬度在整个焊缝区最低。热处理机制对焊缝组织形态有重要影响。1000℃热处理后试样的焊缝晶粒中为α2相和B2相相间的层片状组织(魏氏组织)，650℃热处理后试样焊缝为B2相晶粒的基体中析出了少量小块状的α2相，两种热处理机制都会使接头显微硬度分布均匀性提高。 Ti3Al接头组织中α2相体积不同，焊缝中裂纹的萌生部位截然不同。等轴状α2晶粒对裂纹的扩展具有一定的阻碍作用，裂纹大多数沿着等轴状α2晶粒与基体B2相边界扩展(断裂模式Ⅰ)。焊缝中初生α2相体积分数低时，变形首先发生于晶粒粗大的B2相中，裂纹通常沿B2相解理面萌生，α2晶粒对裂纹的阻碍作用较小(断裂模式Ⅱ)。 电子束焊接TiAl基合金易产生宏观裂纹，对焊接规范较为敏感。在加速电压55kV，焊接速度300mm/min、束流22mA、聚焦电流2590mA焊接条件下，铸态TiAl焊接接头最高抗拉强度达224.3MPa，接近母材强度的62.27％，抗弯强度为521.4MPa，达母材强度76.87％。电子束焊接包套锻处理TiAl接头最高抗拉强度达328.7MPa接近母材强度的62.14％，接头抗弯强度为542.9MPa，为母材强度的64.84％。 TiAl接头焊缝主要为层片状α2+γ和块状γm混合性织构组织。焊接冷却速度的提高，焊缝残余α相(α2)会增多，且两者近乎呈线性关系。焊接过程中形成的α2相成为接头裂纹开裂的主要组织因素。此外α2与γ相结构上的差异以及由此产生的相变应力，电子束对试件本身的热冲击产生热致应力，也是导致接头区域裂纹敏感性的重要因素之一。 焊接特殊的热循环特征，会使焊缝组织中片层组织形成后，在缓慢冷却过程中发生不连续的粗化行为。同时建立了焊缝片层间距随焊接冷却速度，及基体母材Al含量变化的数学模型和层片状组织长大速率的数学模型。利用焊接热模拟试验，分析了合金元素对TiAl基合金电子束可焊性的影响规律，初步探讨了夹层Nb箔，Ti箔间隙元素的引入对钛铝合金焊接性的影响，利用Ti层焊接铸态TiAl合金接头强度得到某种程度的改善。分析了焊后热处理对组织形态及晶粒细化作用，发现采用1200℃+2h热处理规范时，焊缝晶粒相比于母材晶粒细化程度较高。 采用动态拉伸试验，研究了TiAl接头的断裂行为。TiAl焊缝缺口前端萌生微裂纹，微裂纹易在平行于层片方向形核，裂纹进行跳跃式扩展。TiAl接头中片层组织位向对裂纹扩展有重要影响。当裂纹平行于片层时裂纹较易扩展，当裂纹近似垂直于片层，裂纹有较强止裂倾向。从裂纹偏转和裂尖钝化机理，剪切带韧化机理以及裂纹扩展的曲折路径分析了接头裂纹的屏蔽效应。焊缝与母材相比断口呈现出不同的特征，由于母材晶粒粗大，解理面较为平坦。焊缝区域产生的更多层片组织使其断裂易沿层或穿层或其混合方式断裂。 在综合考虑到电子束深熔焊接时钉形焊缝形状，依据熔池和匙孔对能量吸收和再分布的影响，针对钛铝合金电子束焊接建立了一种高斯分布面热源和圆柱体热源的复合热源模型，计算分析电子束焊接TiAl深熔、熔透焊接过程温度场分布特征。同时建立了电子束小孔焊熔池流场与温度场的三维稳态数值分析模型，数值分析了电子束焊接过程中熔池的流动状态。模拟结果与试验结果吻合较好。