Ti₂AlNb合金作为一种新型的耐高温结构材料,具有低密度、高比强度和比模量,以及良好的抗氧化和蠕变等综合性能,有望替代高温镍基合金应用于航空发动机部件。在实际应用中,经常会遇到Ti₂AlNb合金自身及其与TC4钛合金异种金属之间的焊接。由于Ti₂AlNb合金具有特殊的化学成分及显微组织结构,使其室温塑性较差,导致在熔化焊接过程中易产生裂纹等缺陷。与其他熔化焊方法相比,电子束焊具有能量集中、焊接变形小、焊接效率高、保护气氛好等优点,用于Ti₂AlNb合金的焊接具有较大优势。基于此,本文对Ti₂AlNb合金及其与TC4合金异种金属的电子束焊接进行研究。开展的主要研究工作如下:利用MSC.Marc有限元分析软件对Ti₂AlNb合金的电子束焊接过程进行数值模拟计算,基于模拟分析结果优化选择焊接工艺参数,探究电子束扫描的作用,预测接头各区域的显微组织演变规律;对Ti₂AlNb合金进行电子束焊接试验,分析接头的显微组织与力学性能之间的关系,探究不同焊接工艺对接头组织与性能的影响;对Ti₂AlNb/TC4异种金属进行电子束焊接,并与同种Ti₂AlNb合金电子束焊接头、以及同种TC4合金电子束焊接头进行对比,分析异种接头的显微组织特征、力学性能和合金元素分布情况,探究电子束偏移对异种接头组织与性能的影响。电子束焊接过程数值模拟计算结果表明,电子束流对焊缝熔深和深宽的影响最大,其次为加速电压,焊接速度对焊缝形貌的影响最小。焊接时,添加圆形电子束扫描可降低焊缝的冷却速度,焊接热循环曲线呈锯齿状,峰值温度略低于未添加电子束扫描焊接时对应点的峰值温度。焊缝中心的冷却速度计算值为600℃/s,远大于B2相转变的临界冷却速度（120℃/s）。预测在Ti₂AlNb合金的电子束焊接过程中,焊缝中心的相转变由于冷却速度较快而受到抑制,于是形成B2相。在此基础上,进行Ti₂AlNb合金的电子束焊接工艺试验,并对模拟结果进行验证。结果表明,模拟熔池形貌与实际接头的焊缝形貌相吻合。金相组织观察显示,Ti₂AlNb接头焊缝区由单一B2相组成,热影响区依次为B2单相区、B2+α₂两相区、B2+α₂+O三相区。力学性能测试表明,接头焊缝区的平均硬度高于热影响区和母材区硬度。接头拉伸强度与母材本身的强度接近,但接头的塑性有所降低。接头拉伸断裂发生焊缝处的断口为韧-脆混合型断裂,接头断裂发生在热影响区的断口为准解理断裂。焊接时采用圆形电子束扫描可在一定程度上改善接头的塑性,并提高接头的强度。Ti₂AlNb合金电子束焊接的最佳工艺参数为:主焊时电子束流12mA,修饰焊时电子束流9.5mA,焊接速度300mm/min,加速电压50kV,采用圆形电子束扫描,扫描频率为500Hz。进行Ti₂AlNb/TC4异种金属进行电子束焊接工艺试验,结果表明,异种接头焊缝区由B2和α′相组成。在接头的Ti₂AlNb侧,靠近焊缝的热影响区为B2相和少量α₂相,远焊缝的热影响区为B2相、α₂相和O相;在接头的TC4侧,近焊缝的热影响区主要为α′马氏体,远焊缝的热影响区为α相和β相。异种接头的力学性能测试结果显示,接头区域的显微硬度分布为“M”型,靠近熔合线的热影响区显微硬度最高。异种接头的强度和塑性介于同种Ti₂AlNb合金接头和同种TC4合金接头之间。异种接头的拉伸断口呈准解理断裂为主的韧-脆混合型断裂。进行异种金属电子束焊接时,与电子束对准焊缝中心的工艺相比,电子束偏向TC4侧0.15mm的焊接工艺可提高TC4侧合金的熔化量,接头区域的显微硬度变化较小,接头的强度有所提高。