1.2.2304不锈钢和铌的焊接性分析

材料能通过焊接的方法连接起来，主要是材料发生冶金上的反应。也就是材料在液态和固态时能否相互熔合，还有就是它们的元素在相互扩散时有没有产生新的相结构和有危害的脆性金属间化合物。如果两种不同的材料在液态的时候都不互溶那么融化焊就无法将它们连接起来。而两种材料在液态的时候能互溶，固态的时候无法固溶那么也无法用熔焊的方法使它们形成性能良好的接头。也就是说要用熔焊的方法使材料形成性能良好的接头既要它们在液态下相溶也要在固态下相溶。材料要实现连续固溶那么它们的晶格类型就要相同，晶格类型和原子半径的差值不应超过10%-15%，同时还要满足电化学性质相差不大，否者很容易在结合过程中出现金属间化合物，降低接头性能。而在异种材料焊接过程中，由于金属元素之间的复杂性与多样性，不可避免的会产生金属间化合物。由于铌是高温难熔金属，同时化学性质非常活泼，温度到达300℃以上时，便可以与空气中的H、O、N发生剧烈反应，生成脆性化合物，不锈钢中的Fe、C、S、P等元素也会与Nb反应生成脆性相，使得焊接接头的硬度提高，塑性及韧性降低。根据表1-2的钢和铌的物理性质分析两种材料的焊接性。

（1）铌的熔点比不锈钢高约1000℃。它们的熔点相差这么大，必然导致异种金属先与另一种金属熔化，液态金属就会渗入固态金属里面，严重时出现金属对流，和裂纹的产生，焊接时采用高能束的焊接方法尽量减少这个状态的存在时间。

（2）不锈钢的线膨胀系数比铌大约2倍。线膨胀系数的差异极易引起热应力，且这种热应力不易消除，可能会导致焊缝或热影响区产生裂纹或很大的焊接变形，甚至可能会导致焊缝与母材金属的剥离。

（3）不锈钢与铌的热导率及比热容相差较大。热导率和比热容的差异就与焊接时能量的传导有关，它们会影响到材料的熔化和焊接过程的进行，最终导致焊缝成形不良和影响焊缝性能。

由图1-1Fe-Nb相图可知Nb和Fe直接焊接容易生成生成脆性金属间化合物μ(Fe7Nb6)和ε(Fe2Nb)，根据Nb-Fe合金相图得知要生成脆性金属间化合物μ(Fe7Nb6)和ε(Fe2Nb)，Nb的含量占到20%-40%多。所以焊接时，加入中间层过渡金属限制Nb和Fe的扩散，以阻止脆性金属间化合物的生成。

1.2.3异种材料焊接的影响因素

因材料不同异种材料在物理性能、结晶化学性能和材料的表面性能都存在差异，而在焊接工艺一定的情况下，焊接接头的质量又是由它们所决定的。（1）物理性能的差异材料的物理性能一般指的是熔点、线膨胀系数、比热容和热导率等[28]。这些物理性又决定着材料焊接的好坏。如：熔点不一样的金属材料，必然就会出现，一种金属先与另一种金属熔化的情况，熔点相差不大时，这个时间间隔很小对焊接影响较小，而当熔点相差很大时，熔点高的金属出现凝固收缩现象对金属形成挤压力，导致裂纹的产生。还有线膨胀系数衡量材料收缩能力的，它相差很大时，会导致接头收缩不均而产生应力和变形，诱发热影响区形成裂纹。电磁性会影响焊接电弧，这个物理性质材料相差很大时，会导致焊缝成形很差等等。

(2)结晶化学性能的差异结晶化学性能就涉及到了“冶金学上的不相容性”了。而分析结晶必不可少的就是要看晶格的类型、晶格常数、原子的外层电子结构等的差异了。两种不同的金属在冶金上能否相熔，看两个指标①它们在固体状态和液体状态的互溶性，②焊接过程中生成的新相有没有金属间化合物，这个物质也叫脆性相是有害的。一般的溶质原子固溶只需要满足晶格常数和原子半径相差不超过10%-15%，而且晶格类型要相同。如果无法满足这个条件就容易生成脆性物质，这些物质的生成会使焊缝的性能显著下降。而能连续固溶的异种材料一般都有很好的焊接性，这在学术界是公认的。 Cu-V复合填充层对钢/铌激光焊接接头组织及性能的影响(4):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205161.html