电子束焊接属于局部高温加热和高功率密度的热输入集中作用,焊接过程中焊缝区温度会发生急剧变化,并在焊件内部形成较高的温度梯度,在焊后的冷却过程中往往产生较大的残余应力,对接头的力学性能可能带来重要影响。因此,通过热-应力耦合分析,研究焊接接头几何形貌和尺寸对TC4钛合金焊接残余应力的影响,并寄望通过焊接工艺控制尽可能降低焊件中的残余应力水平有着重要的工程实际意义。本文根据焊接接头成型后的几何形状建立三维分析模型,利用热-弹塑性有限元方法分析了具有不同焊接接头几何形貌(包括倒钟罩形、楔形、丁字头形和葫芦形)和尺寸(包括焊缝成型宽度和熔深等)200×90×20mm的TC4钛合金板材在焊缝冷却过程中的温度场分布和焊后残余应力分布,研究了焊接接头几何形貌和主要尺寸对残余应力分布的影响。研究结果表明:(1)在焊缝中心部分通常形成压缩残余应力,而在焊件表面通常形成拉伸残余应力;(2)在焊缝成型宽度不变的条件下,焊缝成型形貌对残余应力的分布及大小影响很小,楔形焊缝端部下熔宽处容易形成较大的集中应力,葫芦型和倒钟罩型焊缝残余应力的分布相对比较均匀;(3)在焊缝形貌相同的条件下,焊缝熔深和宽度对残余应力的分布和大小有影响,较大熔深和较小熔宽都可改善残余应力的局部分布。