我国拥有辽阔的海疆,随着海洋领域的开发,海船及其部件材料选择和技术设计的要求越来越高。一方面要求船体及其构件的整体重量有所下降,另一方面,构件的承受载荷能力也要相应增强。此外,成品部件的使用寿命也需要延长,这就与材料的腐蚀敏感性密切相关。在所有材料中,钛及其合金就可以替代钢铁等传统材料。现在,在海洋应用中,钛合金厚板的应用已经非常广泛。激光焊接由于其热输入小冷却快,焊接速度快,可达性好等技术优势,在厚板焊接中具有一定的优势,但是目前厚板的窄间隙激光填丝焊应用也存在一些限制与问题,即易产生层间未熔合、侧壁未熔合以及气孔缺陷。近年来,摆动激光焊技术发展越来越快,应用越来越多,其能通过振镜摆动,能够扩大激光热源作用区域,搅拌熔池,能有效解决上述问题。本论文提出采用摆动激光焊接的方法解决厚板多层填丝焊接过程中的侧壁未熔合问题。基于大量工艺试验,对不同填充层数的摆动激光多层焊缝的组织性能差异进行了分析,辅助温度场、应力场的模拟计算,为不同工况条件下的焊接工艺的优化提供指导。以20mm厚的TC4钛合金板为材料,制备钝边5mm、单边倾角2°的超窄间隙Y型坡口,进行摆动激光多层焊的工艺研究。研究表明,打底层采用脉冲能量比于连续激光能量更具优势,相同峰值激光功率下,输入能量降低40%,熔深均全熔透,熔宽降低30%,得到成形良好的焊缝,确定优化的打底焊工艺窗口为:激光峰值功率5000W,脉冲激光占空比40%,频率50Hz,焊接速度1m/min,离焦量0mm。填充层部分,摆动激光填丝焊比常规激光填丝焊更加稳定,以送丝速度与焊接速度的比值K对单层填充量进行表征,K=5时的焊缝层高度约为2mm,K=20时的层高可达8mm;发现在8mm以内层高进行焊接均可获得成形良好的焊缝。焊缝区组织由粗大的β柱状晶组成,柱状晶内为密集排布的α′针状马氏体,相互交错,形成网篮状的组织,焊缝不同深度组织成分无明显差别,仅在马氏体尺寸上略有差异,打底层马氏体尺寸最小,平均尺寸1.79μm,盖面层马氏体尺寸最大,平均尺寸为2.64μm,相差32.2%;随着层高的增加,焊缝热输入必然增大,焊缝晶粒尺寸增大。熔宽方向比较,焊缝热影响区的显微硬度最大,为375HV左右,焊缝区硬度为350-370HV之间,母材硬度325HV,熔深方向比较,焊缝中心线硬度从高到低依次为打底层>盖面层>填充层,变化范围为3%左右,不同填充层数焊缝硬度值差异不大;接头整体拉伸测试,其抗拉强度都高于900MPa;接头分层拉伸测试的强度平均值为1245MPa,随填充层数的降低,焊缝的抗拉强度有一定下降。焊缝冲击吸收功26.61J,比母材下降21.3%;焊缝-50℃低温冲击功为19.3J,比母材下降19.4%。