電子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。由于其具有焊縫深寬比高、熱輸入小、焊接部件變形小、工作效率高、真空中焊接受大氣污染小等優點，適合于鈦合金的焊接，在航空及航天的鈦合金焊接結構制造中得到了廣泛的應用。焊接過程中焊接接頭不同部位受熱狀態及冷卻速度都有差異，造成焊接接頭各區域顯微組織有較大差異，根據組織形態不同形成不同的區域，一般可分為熔合區、熱影響區及母材區。這些區域除了組織上的不一致，還有顯微硬度分布上的不一致。電子束焊接焊縫深寬比高、熱輸入小的特點使合金溶池快速凝固，易形成細小的針狀組織，這種針狀組織往往是馬氏體結構，其特點是硬而脆，焊縫塑性不足、強度有余。為改善焊縫區塑形，嵌料焊接是理想選擇，其原理是填入合適的嵌料，通過降低焊縫區的合金化程度來達到改善焊縫區塑性和強度匹配的目的，但嵌料焊接可能會帶來焊接接頭疲勞性能的改變。為此，本研究通過在BT20鈦合金電子束焊接過程中添加嵌料，改變接頭熔合區的化學成分，研究成分的變化對該合金電子束焊接接頭焊縫區顯微組織、顯微硬度以及高周疲勞性能的影響。

　　實驗所用材料為BT20鍛件，尺寸為100mm×200mm×400mm，鑲料為BT20-2CB焊料，兩種材料的成分見表1。焊接方法為在兩塊BT20鍛件坯料中間夾一塊厚約1mm的BT20-2CB嵌料，在電子束焊箱中高能束流掃過該夾縫，將嵌料及其周圍部分基體溶化、混合，形成合金成分不同于基體的焊縫。 合金元素 Al V Mo Zr H O N BT20 6.5 2.0 1.7 2.2 0.007 0.12 0.01 BT20-2CB 4.0 1.02 0.98 1.54 0.0024 0.10 0.01 采用嵌料焊接的方法可以改變焊縫區的顯微硬度分布，焊接接頭硬度由傳統的“杯狀”分布變為“馬鞍形”分布，基材與熔合區硬度差減小。疲勞過程中，由于接頭硬度高于基體，位錯首先在基體區啟動，并在基材-熔合區界面發生位錯塞積。根據位錯塞積能否激發熔合區內滑移系啟動，疲勞接頭試樣出現了兩種不同的斷裂位置：基材區和熔合區。在低應力下，疲勞變形主要集中在基材內，斷裂位置也在母材區，相同應力水平下嵌料和傳統焊接接頭疲勞強度相當；大應力下，基材加工硬化導致熔合區內滑移系啟動，熔合區粗大的柱狀晶組織使變形容易局部化，導致高應力水平下嵌料焊接接頭疲勞斷裂位置由基材轉為熔合區，疲勞性能下降。