陳國慶，甘展華，張 戈，冷雪松

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）特殊環(huán)境物質(zhì)科學(xué)研究院，深圳 518055）

異種金屬焊接在節(jié)省材料和成本、輕量化、增加設(shè)計靈活性和提高產(chǎn)品性能方面具有潛在優(yōu)勢。Nb及Nb合金作為難熔材料具有高熱強(qiáng)性、優(yōu)良的高溫耐腐蝕性以及加工性能，可在極端高溫條件下服役，比高溫合金的工作溫度高，因此受到航空業(yè)的青睞[1]。不銹鋼因其優(yōu)良的耐蝕性、良好的力學(xué)性能和焊接性能，同樣適用于加工各種航天飛行器零部件[2–4]。火焰筒和旋流器是航空發(fā)動機(jī)燃燒室的重要組成部分。為保證發(fā)動機(jī)燃燒室的密封性，某型號航空發(fā)動機(jī)需對Nb 512合金制造火焰筒與AISI 304不銹鋼制造旋流器進(jìn)行連接，其中必然涉及Nb合金與不銹鋼異種材料的連接[5]。然而，由于Nb與不銹鋼冶金存在相容性差和熱物理性質(zhì)相差較大的原因，在Nb/不銹鋼焊接接頭中易生成Fe–Nb脆性金屬間化合物，且焊接接頭內(nèi)部存在較大焊接殘余應(yīng)力，這使得Nb–鋼異種接頭在焊接時極易發(fā)生開裂，因此有必要對其焊接技術(shù)進(jìn)行深入研究，以實(shí)現(xiàn)Nb與不銹鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用。本文首先對Nb與不銹鋼的焊接性進(jìn)行分析，其次依據(jù)焊接方法的不同綜述了Nb與不銹鋼焊接研究現(xiàn)狀，并指出了不同焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及Nb/不銹鋼熔化焊接亟待解決的難題，最后針對上述問題對Nb合金與不銹鋼熔化焊接后續(xù)研究方向進(jìn)行了展望。

1 鈮與不銹鋼焊接性分析

由于Nb與不銹鋼在結(jié)晶化學(xué)性和物理性能方面相差較大，其異種材料焊接難度較大。Nb與Fe的主要物理性能如表1所示。

表1 Nb與Fe的物理性能Table 1 Physical properties of Nb and Fe

由于Nb的熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于Fe，Nb的膨脹系數(shù)卻是Fe的1/2，直接焊接時會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力[6]。另外，經(jīng)相圖分析可知，Nb與Fe焊接時易生成金屬間化合物Fe2Nb和Fe7Nb6等，增大焊接接頭脆性，降低焊接接頭強(qiáng)度[7]。在脆性金屬間化合物和焊接殘余應(yīng)力的共同作用下，接頭極易開裂。Nb在高溫時會和空氣中的氫、氧、氮等元素反應(yīng)，形成脆性化合物，提高焊接接頭的硬度從而降低接頭的塑韌性[8]。

2 Nb合金與不銹鋼焊接研究現(xiàn)狀

Nb合金與不銹鋼異種金屬廣泛采用爆炸焊、釬焊、氬弧焊、激光焊及電子束焊等焊接方法，目前一些學(xué)者已經(jīng)取得了一定的研究成果。

2.1 爆炸焊

爆炸焊是指利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成工件迅速碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。這種焊接是利用炸藥爆炸時的沖擊波，使金屬受到高速撞擊，在十分短暫的冶金過程中進(jìn)行結(jié)合。爆炸焊是Nb合金與不銹鋼異種材料連接中最常用的焊接方法。

吳金平等[9]采用爆炸復(fù)合的方法制備出Nb與不銹鋼的復(fù)合板，研究了爆炸焊界面的組織形貌及成分，如圖1所示。通過控制爆炸復(fù)合參數(shù)可獲得Nb/304L爆炸復(fù)合界面的周期性波狀結(jié)合。在界面兩側(cè)，材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形并引起硬度的升高。在爆炸波兩側(cè)分布有射流形成的旋渦，爆炸界面易產(chǎn)生熔化層。熔化區(qū)主要由Nb和不銹鋼熔化、冷凝下來的Fe–Nb–Cr–Ni合金組成，在熔化區(qū)內(nèi)還夾有鈮、不銹鋼顆粒物。

圖1 Nb/304L界面SEM形貌[9]Fig.1 SEM morphology of Nb/304L interface[9]

焦永剛等[10]利用爆炸焊接實(shí)現(xiàn)了Nb–1Zr Nb合金與316不銹鋼棒材的連接，研究表明，選用合適的工藝參數(shù)，Nb與不銹鋼復(fù)合棒的結(jié)合面積率可達(dá)100%，可以實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)結(jié)合；Nb–1Zr合金與316L不銹鋼復(fù)合棒可經(jīng)受800 ℃的多次熱沖擊，且無明顯熱擴(kuò)散，界面保持完好。

爆炸焊雖然能夠?qū)崿F(xiàn)Nb合金與不銹鋼的連接，但是強(qiáng)烈的沖擊變形易在焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生焊接裂紋殘余應(yīng)力。因此，馬雁等[11]對Nb–1Zr合金與316L不銹鋼爆炸焊接頭進(jìn)行了退火處理，并分析了高溫退火對接頭顯微組織的影響，研究顯示，在1300 ℃退火后兩種金屬界面結(jié)合區(qū)域形成互擴(kuò)散層，TEM分析顯示，該擴(kuò)散層中有許多不同方向的針狀析出相，發(fā)生了多相反應(yīng)，析出相是穩(wěn)定的ζ–（Nb，Ni）相，基體相為（Ni，Cr，Nb，C）Fe–α合金。

爆炸焊對于復(fù)合板制造具有特殊優(yōu)勢，Wang等[12]采用爆炸焊接技術(shù)制備了Nb與316L不銹鋼復(fù)合板，研究顯示，復(fù)合板界面具有典型的波狀形態(tài) （無針孔、熔化區(qū)和脆性金屬間化合物層），退火后，未觀察到任何擴(kuò)散現(xiàn)象，由于退火導(dǎo)致的應(yīng)力釋放，使得在1073 K下熱處理1 h的樣品的抗拉強(qiáng)度比未處理樣品低21.5%，其伸長率比對應(yīng)樣品低4.5%，退火后剪切強(qiáng)度顯著增加。

采用理論和數(shù)值模擬計算方法指導(dǎo)Nb與鋼爆炸焊接[13]可獲得理想的焊接工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)Nb與鋼的高質(zhì)量連接。研究表明，焊接參數(shù)選擇得當(dāng)，可使復(fù)合板界面獲得良好的微波結(jié)構(gòu)，沒有孔洞或裂紋，兩種金屬中間的擴(kuò)散層厚度為5 μm，焊接接頭最高抗拉強(qiáng)度達(dá)到480.2 MPa，高于母材金屬，焊接接頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)174 MPa。

對Nb合金與不銹鋼的焊接研究現(xiàn)狀分析可知，爆炸焊能夠很大程度地減少兩種材料的熔化，從而抑制脆性Nb–Fe金屬間化合物的產(chǎn)生，避免焊接裂紋的形成，從而實(shí)現(xiàn)二者的可靠連接。然而，爆炸焊產(chǎn)生的巨大變形和異種材料間熱膨脹系數(shù)的差異使得接頭內(nèi)部存在較大的殘余應(yīng)力，還需進(jìn)行焊后熱處理釋放焊接殘余應(yīng)力，提高了焊接成本及焊接工藝的復(fù)雜性。

2.2 釬焊

釬焊是采用熔點(diǎn)低于母材金屬的材料作為釬料，將被連接零件與釬料共同加熱使釬料熔化并在母材表面潤濕、鋪展，填充接頭間隙并與母材發(fā)生冶金反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)材料的有效連接。

焊接溫度是影響Nb合金和不銹鋼釬焊接頭連接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。針對Nb–1Zr與1Cr18Ni9不銹鋼的釬焊，馬雁等[14]的研究表明，當(dāng)釬焊溫度達(dá)到1Cr18Ni9釬料熔點(diǎn)的80%時，Nb合金和不銹鋼焊接界面上可大量形成互擴(kuò)散層的條狀間隙相，析出物呈全片層狀結(jié)構(gòu)，成分分析后確定為σ–FeCr和μ–Fe（Ni）7Nb6金屬間化合物，其組織不均勻，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低焊接接頭性能。因此需要進(jìn)一步優(yōu)化釬料體系，齊立君等[15]采用BNi–5釬料在高溫真空條件下對Nb–1Zr與1Cr18Ni9Ti進(jìn)行爐中釬焊試驗(yàn)并對釬焊接頭界面做微觀分析，如圖2所示。分析表明焊縫區(qū)域組織較為均勻，成形良好；釬焊接頭的線掃描曲線表明，在釬縫靠近Nb合金一側(cè)形成1個厚度為10～15 μm的脆性 （Nb、Cr、Si、Ni）互擴(kuò)散層，此層是接頭的性能薄弱區(qū)，需要通過改善工藝參數(shù)來減少或消除該互擴(kuò)散層，也可以采用非晶態(tài)BNi–5釬料來改善釬縫組織；另外由于釬焊過程中采用的接頭是管接頭套接形式和Nb合金與不銹鋼的熱膨脹系數(shù)的差異，焊后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。

圖2 Nb–1Zr/BNi–5/1Cr18Ni9Ti掃描電鏡照片[15]Fig.2 Scanning electron microscope of Nb–1Zr/BNi–5/1Cr18Ni9Ti[15]

葉雷等[16]采用不同的釬料對Nb與0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊，研究發(fā)現(xiàn)不同釬料釬焊接頭母材與釬縫界面上均出現(xiàn)了Fe、Nb反應(yīng)層；兩種焊接接頭的室溫拉伸強(qiáng)度都較低，Cu–Ti釬料接頭的強(qiáng)度低于Cu–Co–Ti釬料接頭；Co的加入使Cu向不銹鋼側(cè)擴(kuò)散的數(shù)量增加，減少了Ti–Fe脆性相的形成，改善了接頭強(qiáng)度。

Kumar等[17]開發(fā)了適用于超導(dǎo)射頻腔的Nb管–316L不銹鋼法蘭釬焊接頭的工藝，采用的釬料為BVAg–8，獲得的接頭組織如圖3（a）所示；接頭無明顯的金屬間化合物層，并且接頭斷口的XRD試驗(yàn)證明不含脆性金屬間化合物，斷口發(fā)生了韌性斷裂，如圖3（b）所示。

圖3 Nb/BVAg–8/316L不銹鋼釬焊接頭及其斷口的SEM照片[17]Fig.3 SEM photo of Nb/BVAg–8/316L SS brazing joint and its fracture[17]

此外，通過降低難熔金屬和鋼液的溫度及兩者的接觸時間，可以降低難熔金屬與鋼材的接觸表面上形成金屬間化合物層的概率。Budkin等[18]在Nb與不銹鋼的電子束熔釬焊工藝中，利用目標(biāo)導(dǎo)向方法控制焊縫的溫度，降低了金屬間化合物的形成，并利用物理–數(shù)學(xué)模型分析了焊接熱過程和擴(kuò)散互作用過程，確定了最佳焊接工藝參數(shù)。

對上述研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析可知，Nb合金與不銹鋼釬焊時通過引入釬料能夠避免二者的直接接觸，并且合理的釬料體系能夠避免焊接裂紋的產(chǎn)生。然而，釬料的引入并不能完全消除脆性金屬間化合物的生成，并且釬焊焊縫區(qū)域存在較大的焊接殘余應(yīng)力，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度仍然較低。因此，需要對釬料體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，改善釬縫組織，提高焊接接頭力學(xué)性能。

2.3 熔化焊

2.3.1 鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊是以鎢材料或者鎢的合金材料做電極，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行的焊接。惰性氣體具有不與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，TIG焊利用這一性質(zhì)，以惰性氣體完全覆蓋電弧和熔化金屬，使電弧不受周圍空氣的影響及保護(hù)熔化金屬不與空氣中的氮、氧等反應(yīng)。

Kuchnir等[19]采用TIG焊對TESLA加速器的Nb管和不銹鋼進(jìn)行管板對接試驗(yàn)，研究表明，當(dāng)Nb被加熱到約400 ℃時，十分容易吸收氧氣，產(chǎn)生脆性氧化物，影響焊接接頭純度，應(yīng)當(dāng)采用惰性氣體保護(hù)以防止氧化。另外在裂紋試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)焊縫中存在少量橫向裂紋，對接頭強(qiáng)度影響很大。采用脈沖氬弧焊能夠降低焊接熱輸入，結(jié)果顯示焊接接頭沒有氧化，成形理想，焊縫表面無裂紋和氣孔[20]。

2.3.2 激光焊

激光焊接憑借其高能量密度與能量精確可控等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于異種金屬焊接領(lǐng)域。通過激光能量的精確可控抑制Nb向焊縫區(qū)大量熔入以改善Nb與不銹鋼的焊接性是可行的。

不同焊接參數(shù)對于Nb與304不銹鋼激光焊接接頭成形及力學(xué)性能均會產(chǎn)生重要影響[21]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著焊接速度的增大，接頭強(qiáng)度逐漸降低；隨著激光束向鋼側(cè)偏移量增加，接頭強(qiáng)度逐漸升高；激光功率的變化對接頭強(qiáng)度改變很小。如圖4所示[21]，焊縫區(qū)主要包括偏Nb側(cè)的金屬間化合物區(qū)、焊縫中心的樹枝晶區(qū)與偏鋼側(cè)的樹枝晶區(qū)3個特征區(qū)。焊縫組織由較多的γ奧氏體相與部分Fe2Nb相及少量的δ–鐵素體相組成。金屬間化合物的形成是接頭強(qiáng)度降低的主要原因，通過改善焊接工藝參數(shù)，減少金屬間化合物的大量生成，可以提高接頭強(qiáng)度。

圖4 304不銹鋼–Nb接頭橫截面宏觀形貌及顯微組織[21]Fig.4 Macro morphology and microstructure of cross section of 304 stainless steel–Nb joint[21]

直接焊接時，在焊縫中易形成金屬間化合物，石銘霄等[22]在進(jìn)行Nb與不銹鋼激光對中焊接時發(fā)現(xiàn)，由于形成連續(xù)分布的金屬間化合物Fe2Nb，在熱應(yīng)力的作用下會使焊后接頭發(fā)生開裂，如圖5所示；采用激光束來抑制偏鋼側(cè)Nb的熔化量，可以減少接頭中Fe2Nb的生成，能夠較好地抑制接頭開裂的問題。拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)斷裂在接頭金屬間化合物層處，為脆性斷裂。為進(jìn)一步改善接頭開裂，石銘霄等[23]采用預(yù)置銀中間層的方法進(jìn)行了Nb與304不銹鋼的焊接，焊后接頭表面成形良好，無缺陷產(chǎn)生，隨著Ag中間層厚度的增加，焊縫組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性較好的Ag基固溶體，抑制了脆性Fe2Nb形成，接頭強(qiáng)度也隨之提高。

圖5 激光對中焊下的Nb–304不銹鋼焊縫成形[22]Fig.5 Macrostructure of laser beam welded Nb–304 stainless steel joint[22]

Nb與不銹鋼激光焊接時，焊接工藝的變化同樣會對接頭焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生重要影響，過大的焊接殘余應(yīng)力會促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生，因此可采用有限元模擬技術(shù)分析焊接接頭內(nèi)部應(yīng)力分布。施超等[24]采用SYSWELD軟件對Nb與304不銹鋼異種金屬激光焊接過程進(jìn)行動態(tài)模擬，分析焊后薄板的殘余應(yīng)力分布，結(jié)果表明，由于Nb與不銹鋼在熱物理性能方面的差異，焊接接頭的溫度場關(guān)于焊縫中心不對稱。由于Nb的導(dǎo)熱系數(shù)高于不銹鋼，當(dāng)兩側(cè)至焊接線距離相同時，Nb側(cè)熱循環(huán)曲線達(dá)到的峰值溫度高于不銹鋼側(cè)。沿焊接方向上，橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力在焊縫中部區(qū)域都存在最大殘余拉應(yīng)力。垂直于焊縫方向上，橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力在焊縫及其附近區(qū)域應(yīng)力梯度都比較大，均呈“M”狀分布?？v向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)表現(xiàn)為拉應(yīng)力，而橫向殘余應(yīng)力在焊縫中心處表現(xiàn)為壓應(yīng)力。

通過焊縫合金化的方式可以改善焊縫的組織結(jié)構(gòu)，Baghjari等[25]研究了逐漸添加鎳夾層對Nb與410不銹鋼異種激光焊接化學(xué)成分、顯微組織和力學(xué)性能的影響。用脈沖Nd∶YAG激光將鎳夾層厚度相當(dāng)于其邊緣基板厚度約25%、50%和100%的Nb板激光焊接到410不銹鋼上。圖6[25]顯示了用不同厚度的鎳夾層制成的Nb–410不銹鋼異種激光焊接的橫截面，在沒有夾層的異種激光焊縫中，焊縫從410不銹鋼側(cè)面完全斷裂，而在夾層厚度為0.25 mm的樣品中，在焊接區(qū)觀察到橫向裂紋。結(jié)果表明，在不使用鎳中間層的情況下，焊縫區(qū)的主要相為Nb、μ–Fe7Nb6和ε–Fe2Nb，隨著鎳夾層厚度的增加，由于脆性相減少，焊接性得到改善。此外，凝固產(chǎn)生的熱應(yīng)力是焊縫區(qū)產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。

圖6 Nb與410不銹鋼具有不同夾層厚度的激光焊接橫截面[25]Fig.6 Laser welded cross-section of Nb and 410 stainless steel with different interlayer thicknesses[25]

2.3.3 電子束焊

電子束焊接是一種高功率密度焊接方法，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子和核工業(yè)。由于功率密度高，焊縫深寬比大，熱影響區(qū)及殘余應(yīng)力小，電子束焊接過程可以精確控制。因此，電子束焊接方法非常適合Nb與不銹鋼異種金屬的連接。

Hajitabar等[26]研究了Nb–1Zr與321不銹鋼異種電子束焊接接頭的焊接性和力學(xué)性能，研究表明，當(dāng)熱輸入過高，可使321不銹鋼熔化，又會產(chǎn)生大量脆性和連續(xù)的金屬間化合物，焊接后立即形成整體縱向裂紋，并導(dǎo)致接頭兩側(cè)分離，如圖7所示[26]。分析改善參數(shù)后的無裂紋接頭組織，發(fā)現(xiàn)321不銹鋼附近的焊接區(qū)是由富鐵初生相和Fe+Fe2Nb共晶結(jié)構(gòu)組成的雙相區(qū)域；在遠(yuǎn)離321不銹鋼母材的區(qū)域，形成了一個具有Fe+Fe2Nb完全共晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域；在Nb–1Zr合金附近的焊接區(qū)形成了Fe7Nb6金屬間化合物。另外，焊縫區(qū)不同區(qū)域形成的Fe7Nb6和Fe2Nb金屬間化合物直接影響焊縫的機(jī)械性能，拉伸試驗(yàn)的所有試樣都是從Nb–1Zr合金附近的焊接區(qū)斷裂的，這是由于在Nb合金母材附近的焊接區(qū)中形成的硬脆Fe7Nb6化合物內(nèi)形成微裂紋，在試樣的拉伸試驗(yàn)中，這些微裂紋起到了成核和斷裂起始點(diǎn)的作用。Budkin等[27]采用純Nb板與12Cr8Ni10Ti鋼進(jìn)行焊接時，焊縫區(qū)域靠近Nb母材一側(cè)同樣生成了一層連續(xù)的Fe2Nb層，其高脆性和高硬度，導(dǎo)致焊縫的機(jī)械性能惡化。

圖7 熱輸入過大的Nb–1Zr與321不銹鋼的焊接接頭[26]Fig.7 Welded joint of Nb–1Zr and 321 stainless steel with excessive heat input[26]

采用真空電子束焊接方法對Nb–1Zr合金與304不銹鋼進(jìn)行電子束焊接時，在Nb母材一側(cè)同樣觀察到金屬間化合物層的存在，研究結(jié)果顯示，該擴(kuò)散層是由偏Nb合金基體側(cè)的ε–（Fe2Nb）組織 （反應(yīng)層Ⅰ）和ε–（Fe2Nb）與σ–FeCr形成的暗黑色組織 （反應(yīng)層Ⅱ）共同構(gòu)成，如圖8所示[28]。在反應(yīng)層Ⅰ上發(fā)現(xiàn)微裂紋，其組織較疏松，并伴隨著微觀孔洞等缺陷的形成；反應(yīng)層Ⅱ是不銹鋼一側(cè)的金屬間化合物，在焊接時快速冷卻的條件下，柱狀晶沿熔合線向焊縫內(nèi)生長，組織較細(xì)小，無微觀晶體缺陷。此外，研究結(jié)果表明，隨著束流大小的增加，金屬間化合物層的厚度會在一定程度上增加，但不會使反應(yīng)層Ⅰ中產(chǎn)生破壞性的裂紋；但隨著電子束焦點(diǎn)從偏鋼側(cè)0.5 mm到對中焊的過程，金屬間化合物層的厚度快速增加，并且在焊縫處產(chǎn)生了許多貫穿性裂紋，接頭性能迅速惡化。

圖8 Nb–1Zr與304不銹鋼的熔釬焊接頭組織[28]Fig.8 Microstructure of fusion-brazing Nb–1Zr and 304 stainless steel[28]

為了克服Nb與不銹鋼異種材料熔化焊接難題，本研究對Nb與304不銹鋼異種材料進(jìn)行了電子束焊接研究。結(jié)果顯示，Nb與不銹鋼直接焊接時，Nb母材金屬熔化量較大，在焊縫內(nèi)部形成了大量Nb–Fe脆性金屬間化合物。當(dāng)電子束向不銹鋼一側(cè)偏移時，更多的熱量直接作用于不銹鋼母材表面，Nb母材金屬的熔化量有所減少，一定程度減少了Nb–Fe脆性金屬間化合物的生成，如圖9所示。

對Nb合金與不銹鋼熔化焊接研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)可知，二者直接焊接時高熔點(diǎn)的Nb母材金屬在焊接熱作用下大量熔化，高溫下與熔化的不銹鋼發(fā)生復(fù)雜的冶金反應(yīng)，在焊縫中生成大量Nb–Fe脆性金屬間化合物，促進(jìn)焊接裂紋的產(chǎn)生。對于高能束焊接方法，采用偏束焊接工藝雖然能夠抑制焊接裂紋的產(chǎn)生，但接頭靠近Nb母材金屬一側(cè)存在連續(xù)分布的金屬間化合物層，接頭性能仍然較低。因此，有必要向焊縫中引入第三組元，以改善Nb合金與不銹鋼的冶金相容性，提高接頭力學(xué)性能。

3 結(jié)論

Nb與不銹鋼具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能，Nb與不銹鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。國內(nèi)外學(xué)者對Nb與不銹鋼焊接進(jìn)行了大量研究，在工藝優(yōu)化和接頭成形調(diào)控方面取得了一定成果。但目前Nb與不銹鋼熔化焊接接頭中仍存在較大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫內(nèi)部不可避免地形成金屬間化合物，不利于實(shí)現(xiàn)二者的高強(qiáng)連接。因此，針對Nb與不銹鋼熔化焊接應(yīng)聚焦于改善二者冶金相容性，進(jìn)一步優(yōu)化焊縫組織，提高焊接接頭力學(xué)性能，今后研究的重點(diǎn)需要包括以下3個方面。

（1）設(shè)計合理的合金體系，通過引入第三組元抑制Fe和Nb的直接反應(yīng)，改善焊縫組織，避免脆性金屬間化合物的生成，從而提高接頭強(qiáng)度。

（2）焊接裂紋的產(chǎn)生往往是顯微組織與焊接殘余應(yīng)力共同作用的結(jié)果，因此應(yīng)開展Nb與不銹鋼焊接有限元模擬研究，明晰焊接殘余應(yīng)力分布特征，指導(dǎo)焊接工藝的優(yōu)化。

（3）探索合理的Nb與不銹鋼焊接接頭熱處理工藝，由此減小甚至消除焊接殘余應(yīng)力，提高零件服役穩(wěn)定性及可靠性。