钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好等特性,广泛应用于航空航天等领域。目前钛合金的焊接制造中,仍以钨极氩弧焊（TIG）和熔化极惰性气体保护焊（MIG）为主,但这些焊接方法存在熔透能力有限、焊接效率低、热输入不可控性等问题。激光焊接匙孔不稳定,易形成气孔,影响接头性能。相比于常规激光焊接,激光热源摆动,能阻止匙孔失稳,将摆动激光与TIG复合,两种热源能场叠加使能量高效耦合,可使熔化效率提高,降低气孔缺陷。为探索适于航空航天领域用钛合金的新型连接工艺,本文选择飞机排气道应用的TC4钛合金为对象,开展摆动激光及TIG复合焊接工艺试验研究,探索焊缝成形、焊缝气孔率及其种类分布、接头组织性能影响规律,揭示激光热源摆动抑制气孔的机理。期望为钛合金摆动激光及TIG复合焊接的推广应用提供新思路和理论依据。本文首先探索摆动轨迹、摆动频率、摆动幅度对焊缝表面、截面形状和气孔的影响,以确定摆动激光焊接的摆动参数。发现存在一个最佳摆动工艺参数区间,超出该区间,焊缝出现表面凹凸不平、咬边、飞溅等缺陷,熔深明显减小,而焊缝气孔明显增多;以TIG为主要焊接热源,激光配合TIG电弧进行摆动激光-TIG复合焊接,发现两种热源复合作用下,焊缝表层亮度较高,鱼鳞纹分布致密,焊缝中心与焊缝两侧过渡平缓,两种热源能量之间耦合,提高了焊缝宽度;比较激光热源摆动前后焊缝气孔尺寸和种类、接头组织、显微硬度和抗拉强度,发现激光热源摆动,匙孔稳定性提高,工艺型气孔减少。此外,摆动激光起到细化晶粒的作用,形成细小弥散的针状α’马氏体,显著提高焊缝的力学性能。其次,通过高速摄像,研究激光摆动前后金属蒸汽/等离子体、匙孔的波动特征,发现激光热源摆动,金属蒸汽/等离子体的高度降低,亮度减小,呈明显的周期性变化,金属蒸汽/等离子体面积的波动程度较小,焊接稳定性提高;相比于常规激光,摆动激光条件下生成匙孔的开口直径增大,孔径尺寸随时间变化不大,说明匙孔稳定;此外,摆动激光熔池有序流动,不存在后方熔池回流现象。最后,探讨钛合金摆动激光及TIG复合焊接的气孔抑制机理,发现激光热源摆动对焊接熔池具有搅拌作用,摆动激光运动路径存在重叠,对已凝固焊缝产生重熔作用,导致液态金属的存在时间长,为熔池内气泡的上浮赢得更多时间,避免熔池内存在未完全逸出的气孔;此外,摆动激光增大匙孔开口面积,提高匙孔稳定性,减少由匙孔坍塌而引起的工艺型气孔的产生。