我国飞速发展的民航事业极大提升了民用航空维修业的市场竞争力。航空发压气机叶片作为航空动机核心零件之一,其工作环境恶劣,损伤形式多样。为改善我国损伤叶片国外送修现状,降低维修及运营成本,研制具有独立自主知识产权的航空压气机叶片自动化焊接修复装备迫在眉睫,而柔性夹具是其关键部件。高温状态下（350℃以上）TC4钛合金极易与环境中N、H、O及C元素发生反应,生成影响焊件质量的副产物。较快的冷却速度可降低焊道中杂质含量,同时还可增加焊道及热影响区细小针状马氏体α^′相显微组织的致密程度,从而提高焊道机械及力学性能。为保证焊件修复质量,本文致力于微束等离子弧焊焊接修复夹具水冷流道结构及其物理、几何参数优化研究,力图提高焊件冷却速度。给出了对流强化传热理论详细推导过程,以指导流道优化。单相介质对流换热强化机理表示,提高冷却水壁面法向速度v的强化传热效果比提高主流速度u的效果更明显,原因在于其破坏了冷却水的热边界层,大大增强了主流与边界层的掺混。场协同原理指出,强化对流传热实质就是提高,即减小冷却水温度场与速度场间协同角。建立完整有限元模型,数值模拟焊接修复过程,并利用高清红外热像仪测量并记录焊接过程中焊件温度,与仿真结果进行对比,最大误差为4.57%,小于10%,从而验证了所建模型正确性。仿真结果表明冷却水最优流量为5L/min,最优流入温度为10℃,此条件下,焊道高温持续时间t=3.542s,冷却水单位时间内带走热量Q=41.0478J。于流道结构而言,合理限制螺纹螺距P、牙形底宽A及牙形高度H取值范围,通过对比光孔流道与螺纹流道仿真结果,对P、A及H进行优化分析,结果表明,t随P与A增大而增加,随H增大而减小,Q变化趋势与t相反。同时,分析各参数对冷却水换热及流阻特性的影响,并采用强化传热评价标准对优化结果进行评价。当P=6mm、A=2mm及H=1.2mm时,焊件冷却效果最好,与光孔流道相比,t由3.542s缩短至3.153s,缩短幅度为10.98%,Q增加20.7291J,提高了52.90%,强化传热评价标准PEC取最大值1.249。