航空航天工业中飞行器恶劣的服役条件要求所用材料具有良好的综合性能，使得钛合金的薄壁焊接结构获得了广泛的应用。而激光焊接技术具有焊接变形小、速度快等诸多优点，在钛合金的薄板零件焊接方面越来越受重视。钛合金材料较低的弹性模量使得其焊接应力和变形问题十分显著，尽管激光焊接的变形相对其他焊接方法要小很多，但仍难以满足某些变形要求较高的场合。因此，本文采用数值模拟与试验分析相结合的手段研究了钛合金薄板激光焊接的变形控制。首先，本文在分析钛合金焊接变形的基础上搭建了用于焊接纵向挠曲变形测量的移动式千分表测量系统。并围绕TC4钛合金激光焊接及焊后变形测量进行了工艺试验，研究了其变形特征以及线能量对焊后变形的影响。试验结果显示：TC4钛合金薄板激光焊接时出现典型的纵向挠曲失稳变形，且失稳发生在焊接结束后冷却过程中；试件的焊后纵向挠曲变形量随焊接过程线能量输入的减小而减小。其次，本文也进行了焊接过程数值模拟分析，利用ANSYS软件实现了钛合金激光焊接时的三维瞬态温度场与应力场数值模拟。研究表明：钛合金激光焊接过程中材料被快速加热并快速冷却，温度场从非稳态快速过渡到稳态，呈现出流星状的稳定分布，焊缝的热影响区很小；模拟与试验获得的焊缝熔合线相吻合；焊件热影响区附近的应力最大，且其值随焊接时间增加而增大，临近结束时应力出现明显的边界效应；熔池前部存在很大的压应力，而熔池的尾部为拉应力。最后，对于焊接变形的控制，本文提出了一种采用被液氮冷却后的氩气对焊接时激光热源的后部进行跟随激冷，以实现焊接过程中变形主动控制的随焊气体动态冷却方法，简称SGCW。并采用该方法进行了工艺试验，对比分析了常规激光焊和SGCW焊接获得的试件，研究了该技术运用中冷源参数对变形控制效果的影响。结果表明：SGCW试件的翘曲变形与残余等效应力均比常规激光焊试件小；当冷热源间距d取10~15mm，氩气流量q为10L/min时，试件的纵向挠曲变形量较常规激光焊减小了约246%，变形控制效果最好。在合适工艺参数与冷源参数的条件下，SGCW技术对接头的金相组织和力学性能没有影响。焊接数值模拟的结果为焊接变形控制方法的提出提供了理论依据，变形测量结果为焊接变形控制方法的实现提供了技术依据，而常规激光焊和SGCW焊接试件的对比证明了SGCW变形控制技术的可行性与有效性，优化后的工艺参数与冷源参数能为实际生产提供参数设计依据，指导钛合金薄壁结构件的焊接制造。