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钛合金由于具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温、使用性能好等优点，已成为当代飞机和发动机的主要结构材料之一，在航空、航天、汽车、化工、航运、军工等领域中得到了迅速的发展。而具有焊缝纯净、质量高、深宽比大、变形小等优点的真空电子束焊接技术已成为钛合金焊接的一种主要方法。因此，钛合金电子束焊接接头的力学性能，特别是疲劳性能，是航空制造领域技术人员所关注的对象。本文研究了厚板对接接头焊缝形状和接头力学不均匀特征，分析了接头力学不均匀性对疲劳性能的影响，揭示了钛合金电子束焊接接头疲劳裂纹萌生与扩展行为及机理。同时开展了薄板T型接头电子束焊缝成形与疲劳性能研究。 电子束的能量密度和线能量大小决定了厚板钛合金电子束焊接模式，影响了焊接过程的熔池行为，并最终体现在焊缝的成形特征上。研究结果表明，焊接束流、焊接速度和聚焦电流对焊缝形状有一定的影响。选用适当的电子束焊接工艺，可得到四种典型的电子束焊缝形状，并分别命名为钟罩形、漏斗形、楔形和钉形。钛合金电子束焊接接头组织不均匀特征研究表明，钛合金电子束焊接接头的组织梯度变化较大。沿焊缝纵向，晶粒的生长方向不同；沿焊缝横向，从焊缝区到母材区，微观组织特征明显不同，并由焊缝区针状组织过渡到等轴组织的转变体，并最终过渡到母材区的等轴组织。 焊缝形状既包含了组织的梯度变化，也体现了几何的不均匀，表现出了焊接接头的力学不均匀特征。因此，焊缝形状特征可定性地反映出焊接接头的力学不均匀特征。应用所建立的层次分析法数学模型，可综合评价焊缝形状对接头疲劳性能的影响。其评价结果表明，钟罩形接头的疲劳性能优于其他形状接头。并且试验验证结果表明，所建立的层次分析法数学模型具有合理性和有效性。该研究成果已在大型钛合金承力构件的电子束焊接制造中得到应用，满足技术要求。 钛合金电子束焊接接头疲劳裂纹的萌生是由表面滑移带的不断加宽加深，最终形成不连续的挤入挤出损伤带，随着损伤的累积，逐渐形成微观裂纹。钛合金电子束焊接接头力学不均匀性对疲劳裂纹萌生行为及寿命有一定的影响。焊缝区和热影响区在循环应力的作用下，裂纹萌生的位置基本在试样表面边缘或试样表面应力集中的部位，而母材区在循环应力的作用下，滑移除了在试样表面生成以外，也可能在α晶界上产生，但最终形成微裂纹并导致疲劳断裂的部位基本上在表面滑移带上。母材区疲劳萌生寿命以及萌生寿命的分散性均优于焊缝区和热影响区。母材区疲劳裂纹萌生寿命占总寿命的比例高于焊缝区和热影响区。 在钛合金焊接接头疲劳裂纹的稳定扩展阶段，裂纹尖端出现剪切变形和开裂现象，塑性应变主要集中在最大切应力方向，且在很窄的范围内产生局部塑性变形，裂纹尖端基本上不发生塑性变形，而是沿解理断裂面向前扩展。钛合金电子束焊接接头力学不均匀性对疲劳裂纹扩展速率有一定的影响。焊缝区和热影响区的裂纹扩展速率基本相同，但高于母材的裂纹扩展速率。 采用合适的焊接工艺参数及方法可实现薄板T型结构的电子束焊接，并形成光滑圆角过渡的角焊缝，其成形尺寸≥1.5mm×1.5mm，焊缝内部质量可达到航标HB5484-91中规定的Ⅰ级焊缝标准。根据T型焊接接头的结构形式及特点，结合T型截面的几何性质及加载应力状态，设计了薄板T型接头疲劳试样，并进行了相关性能测试及分析。试验结果表明，采用所设计的力性试样，可获得T型接头的基本力学性能指标一；电子束填丝焊接接头的疲劳性能高于电子束焊和钎焊复合焊接接头以及电子束焊接接头。所获得的力性数据对分析T型焊接接头的性能具有一定的指导意义。