钛合金作为21世纪的“太空”金属、“海洋”金属具有高韧性、高比强度、良好的耐高温性等众多优点,钛合金目前已被广泛应用于涉及国防安全的军事装备制造领域。随着军事制造现代化进程的加速,装备的研发与生产周期不断缩短,对各类新材料先进制造技术提出了更高的要求,钛合金焊接结构也不仅仅局限于各种厚度的平板对接,因此需要更加稳定高效的技术手段进行连接。传统电弧焊技术能量分散、穿透能力弱,加之钛合金本身导热系数小,在特殊结构件焊接时熔池较大,对工艺参数变化的敏感度更高,极易造成熔池失稳导致连续烧穿缺陷。针对这类问题,本文提出采用低功率激光诱导TIG电弧热源对各类钛合金不等厚度的复杂结构件进行焊接,旨在降低钛合金特殊结构对焊接工艺参数的敏感度,提升焊接过程的稳定性。钛合金材料本身价格昂贵,加之热加工性能不好,为摸索其在不等厚特殊结构中的焊接工艺并尽量降低试验成本投入,本文先利用低功率激光诱导TIG热源在8mm TC4钛合金上进行先期堆焊试验,研究焊接工艺参数对焊缝形貌尺寸的影响,并将基于遗传算法优化后的BP神经网络应用到该实验结果中来实现焊接工艺参数对焊缝形貌尺寸的预测,来验证该模型在TC4钛合金材料及低功率激光诱导TIG电弧焊接方法上对焊缝尺寸形貌预测的适用性,实验结果表明平均绝对百分差和标差都小于0.15,训练和预测样本线性回归的相关系数均十分接近于1,即GA-BP模型具备很高的预测精度及稳定性,可为后续TC4钛合金板不等厚特殊结构低功率激光诱导TIG电弧焊接工艺参数选定及优化组合提供指导。在8mm厚TC4钛合金板堆焊工艺及GA-BP神经网络研究基础上,分别对15mm和6mm板组成的角接结构、25mm和12mm板组成的对接结构进行焊接工艺设计和打底焊接试验,实验结果表明:低功率脉冲激光的加入,会将TIG电弧吸引到激光作用点位置放电,实现宏观上的电弧收缩,能有效增强TIG电弧的穿透能力、降低焊接热输入。25mm和12mm板组成的对接结构在激光功率为296-336W,TIG电流250-280A时可实现连续平整的焊缝成形及背部合理熔深,15mm和6mm板组成的角接结构在激光功率485-545W,TIG电流210-240A,焊接预留间隙0-0.3mm时均可得到良好的打底焊缝成形;即低功率激光诱导TIG电弧热源在钛合金特殊结构件焊接时具备更低的敏感度和更强的适用性。TC4钛合金在低功率激光诱导TIG电弧热源焊接后,角接及对接结构的焊缝区组织长大明显为粗大的柱状晶组织,且伴随有“网篮组织”出现,使得焊缝区硬度较母材及热影响区有较高的提升,试件抗拉强度可达1011.54MPa,断裂位置于母材处。不等厚对接结构热电偶实测结果表明:钛合金焊接过程十分迅速,升温速度远大于焊后冷却速度,且25mm厚板侧升温速率及降温速率大于12mm薄板侧。