电子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。由于其具有焊缝深宽比高、热输入小、焊接部件变形小、工作效率高、真空中焊接受大气污染小等优点，适合于钛合金的焊接，在航空及航天的钛合金焊接结构制造中得到了广泛的应用。焊接过程中焊接接头不同部位受热状态及冷却速度都有差异，造成焊接接头各区域显微组织有较大差异，根据组织形态不同形成不同的区域，一般可分为熔合区、热影响区及母材区。这些区域除了组织上的不一致，还有显微硬度分布上的不一致。电子束焊接焊缝深宽比高、热输入小的特点使合金溶池快速凝固，易形成细小的针状组织，这种针状组织往往是马氏体结构，其特点是硬而脆，焊缝塑性不足、强度有余。为改善焊缝区塑形，嵌料焊接是理想选择，其原理是填入合适的嵌料，通过降低焊缝区的合金化程度来达到改善焊缝区塑性和强度匹配的目的，但嵌料焊接可能会带来焊接接头疲劳性能的改变。为此，本研究通过在BT20钛合金电子束焊接过程中添加嵌料，改变接头熔合区的化学成分，研究成分的变化对该合金电子束焊接接头焊缝区显微组织、显微硬度以及高周疲劳性能的影响。
实验所用材料为BT20锻件，尺寸为100mm×200mm×400mm，镶料为BT20-2CB焊料，两种材料的成分见表1。焊接方法为在两块BT20锻件坯料中间夹一块厚约1mm的BT20-2CB嵌料，在电子束焊箱中高能束流扫过该夹缝，将嵌料及其周围部分基体溶化、混合，形成合金成分不同于基体的焊缝。 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变焊缝区的显微硬度分布，焊接接头硬度由传统的“杯状”分布变为“马鞍形”分布，基材与熔合区硬度差减小。疲劳过程中，由于接头硬度高于基体，位错首先在基体区启动，并在基材-熔合区界面发生位错塞积。根据位错塞积能否激发熔合区内滑移系启动，疲劳接头试样出现了两种不同的断裂位置：基材区和熔合区。在低应力下，疲劳变形主要集中在基材内，断裂位置也在母材区，相同应力水平下嵌料和传统焊接接头疲劳强度相当；大应力下，基材加工硬化导致熔合区内滑移系启动，熔合区粗大的柱状晶组织使变形容易局部化，导致高应力水平下嵌料焊接接头疲劳断裂位置由基材转为熔合区，疲劳性能下降。
