图1-7 爆炸焊界面的扫描电镜照片[21]

中国原子能科学研究院的马雁等人使用Nb-1Zr合金和304L不锈钢复合棒作为母材进行了爆炸复合，并将爆炸复合后的试样放入高温真空炉中进行1300℃退火处理，对其进行显微组织分析可得：扩散层厚度约为80μm，在靠近Nb-1Zr合金处存在的析出相，析出相斑点为亚稳结构的ζ-(Nb，Ni)相，基体组织为(Ni，Cr，Nb，C) Fe-α，析出相的硬度很高，呈针状，且向不同的方向生长[22]。

从以上两组爆炸焊实验可以得到爆炸焊可以实现不锈钢与铌及其合金的连接。不锈钢板材与铌板材的结合界面的形状为如正弦波一样周期性的波形，且容易产生析出相。虽然爆炸焊适用于异种材料的焊接，但是却只适用于层状材料的焊接，且得到的焊接接头单一。

4 熔钎焊

熔钎焊相当于包括了熔化焊与钎焊两个部分。与熔化焊相同的是它是利用焊接热源熔焊了熔点比较低的母材金属，它还具有钎焊的性质，熔化了的熔点低的母材金属相当于液态钎料的作用，可以润湿熔点高的母材金属与之相互扩散形成连接。使用熔钎焊连接不锈钢与铌是熔化了不锈钢而不熔化铌形成连接。

中国原子能科学研究院的李鑫等人采用真空电子束熔钎焊方法进行了实验，实验的母材为304不锈钢管与Nb-1Zr合金。通过电子束熔化304不锈钢管，从而使液态的304不锈钢管润湿另一侧的母材形成扩散层从而实现连接。使得熔融态的不锈钢浸润Nb-1Zr合金表面生成扩散层，并形成连接。在焊缝中出现了扩散层，扩散层包括两个部分，一部分为靠近Nb-1Zr合金基体的组ε-(Fe2Nb)，它ε-(Fe2Nb)，它的颜色比较亮；另一部分为与焊缝连接的σ-(FeCr) ，它的颜色是暗黑色的。比较亮的组织比较疏松，且出现了微小的裂纹。暗黑色的组织比较细小，有柱状体组成且向焊缝内生长，组织中未发现缺陷。实验发现Nb在焊接熔池的固液界面处向不锈钢侧扩散。焊接接头的强度与扩散层的厚度h有着明显的关系。扩散层厚度h＜22μm时，扩散层的面积决定了焊接接头的强度，而扩散层的面积随着焊接线能量的增大而增大；当扩散层的厚度h=22μm时，焊接接头的强度=335MPa；当扩散层的厚度h＞25μm时，扩散层的厚度h决定了焊接接头的强度。总体来说，焊接接头的强度随着扩散层h的增大而减小，具体规律为：当扩散层厚度h＜10μm时，扩散层中没有裂纹；当扩散层厚度h＞20μm时，扩散层中出现长度小于5μm的裂纹源；当扩散层厚度＞30μm时，扩散层出现贯穿裂纹；当扩散层厚度＞90μm时，整个焊缝出现大量裂纹[23]。

由此可知采用熔钎焊可以实现不锈钢与铌的连接，不锈钢与铌之间形成了扩散层，焊接接头的强度不高且与扩散层的厚度有着直接的关系。

5 存在问题

从以上国内外学者对不锈钢与铌焊接的研究实验可以看出：虽然很多实验可以得到良好的焊缝成形，但是焊缝中容易生成脆性金属间化合物，从而降低焊接接头的力学性能，而且对其产生机制和防护措施的研究的很少。