随着高铁列车、航空航天等领域对结构轻量化的需求,钛合金的连接备受关注,但由于金属在焊接过程中温度场的不均匀分布,所得到的接头组织性能存在区域差异,接头质量难以达到实际需要。超塑成形/激光焊技术兼具激光焊接变形小和超塑成形技术成本低、质量好的优点,在提高接头性能方面具有很大的应用前景,尤其是在钛合金应用领域方面。目前,由于钛合金激光焊接头存在超塑性变形不均匀现象,对构件成形后的组织和力学性能构成不利影响,限制了LBW/SPF技术(激光焊/超塑性成形技术)的实际运用。氢和淬火均可以调节钛合金的组织结构,缓解超塑性变形前后的组织不均匀现象,但是目前对置氢和淬火处理后的钛合金接头超塑性均匀变形机理还缺乏系统性的研究。针对置氢和淬火处理后TC4钛合金接头超塑性变形均匀的问题,采用TEM、SEM等手段分析了置氢、淬火及联合处理方法对TC4接头组织性能的影响,得出以下结论:置氢、淬火及联合处理方法均能明显改善TC4激光焊接头的组织性能均匀性。置氢处理后,TC4接头组织变化主要为:母材组织原始α相减少,β_H增加;焊缝组织由原始β相大晶粒内的针状马氏体α′组织转变为片层状组织。随着置氢含量的增加,整体接头中的α相减少,β相增多,接头焊缝和母材的显微硬度差异减小,当氢含量为0.37wt%时,显微硬度差达到最小值13HV,与未置氢相比降低了66.7%。淬火处理后,TC4接头组织变化主要为:母材组织中的α相向β相发生转变;焊缝中的针状马氏体α′长大,当淬火温度为1000℃时,焊缝组织都是β相大晶粒内的针状马氏体α′,焊缝的晶粒尺寸略大于母材的晶粒尺寸,当淬火温度为1000℃时,接头显微硬度差值最小为12HV比淬火温度940℃降低了70%;氢热处理后,TC4接头组织变化主要为:当置氢含量为0.16wt%、淬火温度为910℃时,接头中的组织全部转变为马氏体,且由于氢元素的存在,接头中出现了斜方马氏体α′′。当置氢含量为0.16wt%,淬火温度为930℃时,接头显微硬度差值达到9HV的最小值,TC4激光焊接头组织性能均匀性得到明显提高。采用高温拉伸试验的方法分别研究了在置氢、淬火及联合处理条件下,TC4激光焊接头的组织演变过程,分析了氢对超塑性变形的影响,主要结果表明:置氢后,相转变点降低。TC4激光焊接头的超塑性变形分为双相区变形和单相区变形。在双相区变形时,超塑性均匀变形机制是位错和动态再结晶协调作用下的晶界滑移,单相区变形时,超塑性均匀变形机制是动态再结晶协调下的位错运动;淬火后,TC4接头的焊缝和母材经历同样的组织转变过程,即针状α’相转变成为片层状组织,且由于高温下变形应力和动态再结晶的作用,片层状组织破碎,并在Gibbs-Thomson效应作用下等轴化。氢热联合处理结合了两者的组织演变过程,高温下焊缝和母材经历相同的组织演变过程,氢的加入促进了再结晶和原子的扩散,软化了TC4激光焊接头,维持超塑性变形的持续进行,达到TC4接头超塑性均匀化的目的,所获得的接头超塑性均匀变形性能更为良好。