TiAl合金是一种轻质高强的新型高温结构材料,其比强度和比模量高,被认为是一种有望替代镍基高温合金的新型结构材料。但由于TiAl合金室温塑性差,焊接时极易发生开裂。本文研究TiAl合金的电子束焊接问题,提出了一种TiAl合金仿熔合线中间层设计方法,实现了TiAl合金的无裂纹连接。TiAl合金电子束直接焊时,焊缝由脆性的α₂-Ti₃Al相和少量的块状γ相与α₂/γ层片组织构成,在焊接热循环的作用下热影响区峰值温度达到了β相变点,发生了二次相变,生成大量的α₂相,显著提高了接头的裂纹敏感性。焊缝及热影响区在焊接冷却过程中始终处于高应力状态,在焊缝脆性组织与高水平残余应力的共同作用下,焊接接头发生开裂,并沿垂直于焊缝的方向扩展。引入纯V中间层对TiAl合金进行电子束焊接,焊缝显微组织得到一定程度的改善,但仍然无法避免焊接裂纹的产生。焊缝主要由Ti-V固溶体和α₂-Ti₃Al相组成。V元素的添加并不能完全抑制焊缝内α₂脆性相的生成,因而焊接接头的裂纹敏感性仍然较高。V元素对于焊接接头性能的改善并不明显,接头平均抗拉强度为387 MPa。基于上述研究,本文提出了一种TiAl合金仿熔合线中间层设计方法。按照焊接接头熔合线的形状,将中间层金属加工成Y形,同时对母材金属开设Y形坡口。仿熔合线中间层设计方法显著减少了母材金属的熔化量,实现了TiAl的无裂纹焊接。焊缝主要由塑性较好的α’马氏体和残余β相组成。微熔的母材金属与中间层金属形成了熔化连接。在微熔母材与焊缝液态金属之间,依次形成了芽孢状的TiAl反应层、TiAl+Ti₃Al过渡反应层和Ti₃Al反应层。当中间层金属厚度为1.7mm时,焊缝的平均硬度值约为375 HV,远低于TiAl直接焊焊缝硬度,焊缝塑性得到明显改善;接头平均抗拉强度值为530 MPa,达到母材强度的88%。