水下激光焊接技术是一种比较高效的原位修复技术,在水下工业领域具有广泛的应用前景,可以极大地简化水下设施在陆上维修拆卸等复杂过程。而对于钛合金激光焊接技术来说,由于其焊接速度快且能得到质量较好的焊缝,同时自动化程度较高,深受当今社会的青睐,应用范围越来越广。为此,本课题对TC4钛合金水下激光填丝焊接试验方法及工艺进行了重点研究。为了将水下焊炬与激光系统进行更好地搭配,同时消除实验外部因素的影响,在实验室前人研究的基础上,首先重点探讨了通入背面保护气体流量及离焦量对焊缝成形、焊缝接头微观组织及力学性能等方面的影响规律,发现过小的保护气流量并不能够保护焊缝不被氧化,而过大的保护气流量则会使焊缝形貌变差,同时在适当的离焦量下会获得良好的焊缝。因此得到二者的最佳范围,分别是:背面气流量为35 L/min、离焦量0 mm。并在此基础上,探讨了激光功率、焊接速度及送丝速度对TC4钛合金水下激光填丝焊接焊缝形貌的影响,发现激光功率及焊接速度的变化主要是改变了激光焊接的热输入量,进而对焊缝形貌产生影响,而送丝速度的过快或过慢也会对焊缝形貌产生很大的影响。其次研究了激光功率、焊接速度及送丝速度等试验参数对TC4钛合金水下激光填丝焊接试验微观组织及力学性能的影响。发现焊缝以柱状晶形式存在,并且从母材到焊缝中心晶粒大小不同。而焊缝接头力学性能也会随着参数的变化产生差异,同时结合不同参数对焊缝形貌的影响规律,可以得到2 mm厚TC4钛合金水下激光填丝焊接试验最佳工艺参数为:激光功率3.0 k W、焊接速度20mm/s、送丝速度60 mm/s、离焦量0 mm、背面保护气流量35 L/min,此时下的焊缝抗拉强度可达852.81 MPa。最后选取在每组最佳工艺参数下分别进行TC4钛合金水下激光填丝焊接及陆上激光填丝焊接试验,从焊缝成形、焊缝接头微观组织及力学性能等方面进行分析,对本次水下激光填丝焊接试验进行论证。结果表明,水下焊缝接头与陆上焊缝接头在成形、微观组织及力学性能等方面没有太大差别。水下及陆上焊缝内部均没有产生表面裂纹及焊接气孔等缺陷,焊缝成形良好,二者接头中心处微观组织主要都是由柱状晶组成,且柱状晶内部均为针状马氏体。此外,在焊缝中心以及热影响区内的显微硬度较母材都有了大量的提升,且在焊缝中心处其显微硬度值达到最高,从焊缝中心处到热影响区显微硬度逐渐降低。陆上焊缝接头的冲击韧性为38.99 J/cm2,水下焊接接头的冲击韧性是39.07 J/cm2,达到母材冲击韧性的78.38%,焊缝接头满足要求。进而为水下激光填丝焊接技术应用到实际生产应用中奠定了重要的基础。