本文针对3 mm厚Ti40/TC4异种钛合金电子束焊接(EBW)工艺及组织性能展开研究,通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射物相分析、显微硬度以及室温拉伸测试对Ti40/TC4异种钛合金电子束焊接接头的宏观成形、显微组织和力学性能进行分析。探究不同工艺参数下接头的组织性能的变化规律及其对缺陷的影响,得到Ti40/TC4异种钛合金电子束的最优工艺参数。研究结果表明:焊穿前或全熔透时熔宽与焊接速度成反比,处于穿透临界条件时熔宽与焊接速度成正比。扫描频率增大使焊缝形貌从钟罩形逐渐变为漏斗形,扫描频率较大或使用方形波扫描会使焊缝表面出现不稳定区域并伴有明显下榻缺陷。直线型扫描焊缝表面宽度比圆弧型扫描焊缝表面宽度大。在保持焊缝穿透后提高焊接速度能对下榻缺陷起到轻微的控制作用。扫描频率选择400Hz,使用直线型扫描明显改善下榻缺陷。无扫描电子束焊接熔深小时几乎没有气孔,焊接速度慢时,母材金属熔化量增大使焊缝中气孔数量增多。采用直线型扫描波形时扫描频率增高气孔数量呈现减少趋势,气孔尺寸也逐渐变小。直线型扫描波形的气孔数量明显少于圆弧型扫描,气孔尺寸也呈现出减少的趋势。无扫描电子束焊接接头焊缝上部组织为β柱状晶和少量等轴β晶粒,β柱状晶内部有黑斑点状α相析出,熔合线边缘有宏观偏析的产生,焊缝下部β柱状晶较上部细化、等轴晶数量增多并伴有少量Ti5Si3析出。Ti40合金热影响区晶粒大小没有明显变化,但是有少量α相析出。TC4合金侧热影响区β相粗大、晶界模糊并有α’针状马氏体交织排布的细小α片层组织。直线型扫描的周期性均匀搅拌使焊缝中宏观偏析现象得到有效改善,焊缝区晶粒转化为等轴状且得到明显细化。圆弧型扫描难以起到搅拌熔池,细化晶粒的作用,促使焊缝区偏析现象的产生。扫描频率增加使熔池周期性搅拌加剧,焊缝区α相的析出增多。焊接速度对硬度影响较小,未添加扫描函数时,显微硬度曲线先增大后减小,Ti40合金侧热影响区平均硬度比Ti40合金母材高15-25 HV,TC4合金侧热影响区平均硬度比TC4合金母材高20-40 HV,焊缝区上部平均硬度为358 HV比下部硬度低了10-15 HV,TC4合金侧热影响区硬度达到峰值383 HV。扫描频率升高焊缝区硬度增大,扫描频率为1000 Hz时比未添加扫描函数的焊缝区上下部硬度均高了35-52 HV最高可达408 HV。扫描波形对热影响区的硬度没有明显影响,直线型扫描比圆弧型扫描焊缝区上下部平均硬度高23-41 HV,而圆弧型扫描焊缝区平均硬度比未添加扫描函数接头焊缝区硬度低5-10 HV。焊接速度过低时接头塑性明显下降,抗拉强度略微降低,拉伸试样在熔合区断裂。扫描频率过低或过高时,接头强度与塑性下降,扫描频率过低时拉伸试样在熔合区断裂,过高时拉伸试样在焊缝区断裂,其余接头断裂位置均为Ti40合金母材。直线型扫描对接头性能有提升作用,而圆弧型扫描未起到强化作用反而有削弱的效果。Ti40合金母材断裂处断口宏观形貌为冰糖状沿晶断裂为主,解理断裂和韧窝断裂的穿晶断裂为辅的混合断口。拉伸试样断裂于熔合区和焊缝区,断口整体为韧性断裂及准解理断裂特征。气孔及下榻会对拉伸性能产生消极影响。