本文对60mm厚的TC4钛合金平板进行了电子束焊接，并进行了焊后热处理试验，研究了焊接前后及热处理前后EBW接头的组织性能，尤其是疲劳性能的变化；基于有限元方法对TC4钛合金球壳体的应力场进行了分析。大厚度TC4钛合金的电子束焊接接头横截面呈“钉型”焊缝形貌，焊缝区由针状的′马氏体组成，与钛合金母材中等轴(+β)相的组织及性能有较大差异，使得接头的硬度、强度较母材更高，但韧塑性较母材更差。从疲劳试验得到的S-N曲线可知，接头的疲劳强度较母材高出12%，且在低应力水平下，接头的疲劳寿命也优于母材。组织分析和性能试验的结果均表明利用电子束焊接方法对60mm的TC4钛合金进行焊接，焊缝实现了全熔透，具有良好的工艺性能。焊接温度场的数值模拟结果表明，大厚度TC4钛合金在电子束焊接过程中，厚度方向上的热作用存在较大差异：接头随熔深增加吸收的热量逐渐减少，上部较下部处于熔池状态的时间延长，使得大厚度接头较普通的薄板更易产生组织性能上的不均匀性。此外，由热作用差异引起的接头随熔深增加晶粒由粗大变得细小，且组织梯度dDi/dx-X逐渐增大是导致接头不同厚度处的韧塑性及疲劳寿命产生明显变化的主要原因。在固溶+时效热处理后，接头的组织分布更加均匀，使热影响区中的硬度突变有所缓和，接头整体的硬度、强度得到提高，且厚度方向上组织性能不均匀性也得到改善，但热处理后接头的韧塑性及疲劳性能稍有降低；而在去应力退火热处理后，接头各区域晶粒细化提高了裂纹萌生抗力，且试件内有害的残余应力被有效消除，使热处理后接头的硬度、强度稍有降低的同时，韧塑性及疲劳性能得到较大提高。球壳体结构应力场数值模拟结果表明，随着电子束的移动，受周围金属的约束，热源推进端存在明显的压应力区，而接头焊缝区也逐渐从压应力状态演变为拉应力状态；而受到球壳体形状的限制，焊后残余应力主要表现为拉应力，焊缝区附近则受到压应力，在球壳体截面内拉应力与压应力保持平衡。去应力退火热处理使球壳体残余拉压应力均得到降低，整个结构的残余应力分布也变得均匀。