激光焊接是一种多物理场耦合的高速激光加工过程，对其熔深的精确在线检测一直是行业最为关注的关键难题．本文针对TC4钛合金激光焊接过程，搭建了光致等离子体光谱实时监测平台，分析了激光功率对等离子体热力学特性、熔深的影响规律，提出了一种熔深在线预测方法．研究结果表明，等离子体光谱数据和熔深的变化存在显著相关性．基于此，选择了6条线谱的强度特征用于熔深预测建模．并采用降维技术对光谱数据进行特征提取，基于提取的特征再次建立了熔深预测模型．基于数据降维变换后的光谱特征构建的熔深预测模型的均方误差为0.019 4，小于基于原始光谱强度特征建立的神经网络模型．本文构建的高精度熔深预测模型为激光焊接熔深的实时反馈控制提供了理论依据．