基于目前中厚板钛合金激光-电弧复合焊接的研究相对匮乏以及钛合金焊接表面氧化、气孔等问题,本文进行了8mm厚TC4钛合金激光-电弧复合焊接试验,探究合适的工艺确保焊接过程稳定以及焊缝成形优良,结合焊接稳定性、气孔的特征观察以及气孔的变化规律分析了气孔形成机理。建立熔滴受力模型与等离子体-电弧耦合模型,分析了等离子体、电弧二者的相互影响以及熔滴过渡的必要条件。结果表明,光致等离子体中的电子能够吸引以及稳定电弧;熔滴实现过渡的必要条件为沿焊丝方向促进熔滴过渡的力大于阻碍熔滴过渡的力。焊接稳定性研究表明,工艺参数的改变是熔滴过渡模式以及等离子体与电弧动态行为发生变化的主要原因。熔滴过渡模式、熔滴过渡频率、熔滴临界直径以及熔滴与激光束距离的变化与焊接稳定性密切相关;电弧的“攀爬”、“漂移”,电弧与光致等离子体分离以及电弧被压缩等行为影响电弧与等离子体的耦合状态,具有不稳定性特征;合适的工艺参数下熔滴过渡平稳、均匀,两热源耦合效果好,有利于焊接稳定性的提升。焊缝成形与微观组织研究表明,减小热输入、增大保护气体中氦气比例可降低焊缝表面氧化程度;当热输入增大时,焊缝形貌由“T”型向“X”型过渡;过大或过小的焊接速度均会导致咬边缺陷的形成;焊接电流以及保护气体中氦气比例的升高有利于改善焊缝咬边缺陷。TC4钛合金焊缝主要由马氏体α′、晶界α和转变后的β柱状晶组成,具有联生结晶以及外延生长的特点;焊缝中马氏体α′数量、晶界α尺寸与热输入有关;高水平的焊接热输入下,焊缝中发现粗大α的存在;焊接速度对焊缝内马氏体α′、晶界α数量与分布没有明显影响;焊接速度的变化影响焊缝激光区与电弧区β柱状晶的尺寸与生长趋势。焊缝气孔特征研究表明,TC4钛合金激光-电弧复合焊接焊缝产生两种气孔。工艺特征气孔形状多变且尺寸较大,孔壁上具有金属流动的痕迹。工艺特征气孔的形成源于焊接过程的不稳定;形状为圆形且尺寸较小的气孔为冶金特征气孔,多呈聚集趋势,是熔池中过饱和氢以及从焊缝背面进入熔池的保护气体依附钛合金表面氧化物形成的“气孔核”聚集、长大形成的。工艺参数对焊缝气孔形成的影响研究表明,随着激光功率的增大,焊缝气孔减少但尺寸增大;焊接电流、焊接速度以及保护气体成分对焊缝气孔形成的影响来源于焊接稳定性的变化。