TiNi合金与TC4钛合金异种金属的复合构件可发挥出各自材料的使用性能,但TiNi合金与TC4钛合金的焊接性能较差,限制了其复合构件的应用。本文采用真空电子束焊接方法对3 mm厚的Ti Ni合金与TC4钛合金进行焊接。通过压板对接裂纹试验研究接头裂纹敏感性,采用OM、RXD、SEM、EDS等方法对接头组织形貌、物相组成、元素分布等进行了分析,研究了裂纹形成机理。通过采取“添加Nb作为填充金属”,“添加Nb+预热+偏束”,“添加Nb+扫描电子束偏束”等焊接方式抑制了焊接裂纹的形成并获得了力学性能优良的焊接接头。研究结果表明:TiNi合金与TC4钛合金异种材料直接焊接时接头脆性很大,使接头焊后开裂,接头熔合区平均硬度达570-610 HV。改变焊接速度、焊接电流等工艺参数均不能避免裂纹的形成,增大电子束流的搅动对接头脆性起到一定的缓解作用。焊接裂纹主要有分布在熔合线上的横向冷裂纹与熔合区形成的结晶裂纹,裂纹形成的根本原因是由于焊缝存在较多生成焓较小的Ti₂Ni脆性金属间化合物,熔合线处的金属流动性差促进Ti₂Ni脆性相层的形成从而促使接头开裂,熔合区的Ti₂Ni脆性相与β钛形成的低熔点共晶是接头中缩松与结晶裂纹形成的原因。电子束偏束对接头裂纹起到良好的缓解作用。电子束偏向TC4侧0.4mm内接头开裂于TiNi合金侧熔合线上,束偏距离为0.6 mm时获得表面无裂纹的焊接接头,但TiNi合金侧熔合线上存在较多小裂纹。电子束流偏向TiNi合金侧0.4mm内试样直接开裂于TC4侧熔合线处,电子束偏向TiNi侧0.6 mm时获得表面无裂纹的接头,TC4侧熔合线上形成宽为70-85μm厚的Ti₂Ni脆性相层,脆性层上分布少量裂纹。束偏距离增加,接头裂纹倾向降低,但不能完全避免焊接裂纹的形成。添加Nb为填充金属后焊接接头的裂纹倾向大大降低。填充金属厚度的增加使TC4侧熔合线上Ti₂Ni脆性相层的厚度减小、边界变淡,接头裂纹敏感性降低。填充金属Nb厚度为0.55 mm时接头裂纹得到消除,TC4侧熔合线上Ti₂Ni脆性相厚度减小为35-45μm,接头抗拉强度为328 MPa,断裂方式为脆性断裂。添加Nb为填充金属,同时电子束偏向TC4侧避免了异种金属的直接接触从而避免了Ti₂Ni相的形成。对焊缝处进行偏束+预热后接头裂纹得到极大的消除,TiNi合金与Nb形成200μm宽的冶金结合区,接头抗拉强度为297 MPa。减小填充金属厚度为0.45 mm时,TiNi侧冶金结合区宽度提高至350μm,接头裂纹得到消除,TC4侧熔合区硬度与母材相当,接头平均抗拉强度为480 MPa,为韧-脆混合型断裂。扫描电子束的搅拌作用使组织分布更均匀,接头组织性能得到提高,其抗拉强度为520 MPa,延伸率为2.67%,接头断裂方式属于韧-脆混合型断裂。