1。2 不锈钢与铌的焊接性

 焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用条件的能力[1]。异种材料焊接因为兼容了异种材料的性能，使其有着更加广泛的应用。但是，由于不同的材料性能存在差异，也导致了异种材料焊接的困难性。异种材料的焊接性取决于两种材料的组织结构、物理化学性能等，两种材料的这些性能差异越大，焊接性越差[3-7]。所以要深度了解304不锈钢与铌的焊接性，从而获得性能良好的焊接接头。

1。2。1不锈钢与铌的物理性质分析

304不锈钢的主要成分是铁，图1-1为Fe与Nb的物理性能。

表1-1 Fe与Nb的物理性能

材料 密度

 ρ/(g·cm-3) 熔点

Tm /℃ 线膨胀系数

α/(10-6·K-1) 热导率

λ/( W·m-1 ·K-1) 沸点

Tk /℃ 比热容

C/J·kg·K-1

Fe

Nb 7。93

8。67 1555

2675 15。58

7。34 13。34

54。1 2789

4649 481

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由表1-1可以看出304不锈钢中的铁与铌物理性能的差异很大，这样会提升304不锈钢与铌焊接的困难程度。钢与铌的熔点，热导率，热膨胀系数，电导率等方面存在差异会导致以下的结果：

（1）Nb的熔点比Fe高很多，接近约1000℃。加热过程中，熔点低的铁会先熔化，而熔点高的铌还处于固态。这样熔化和结晶不同步有可能导致发生焊缝处发生未熔合，从而导致接头力学性能降低。论文网

（2）Fe的线膨胀系数大约是Nb的2倍。焊接接头会因此产生很大的焊接应力和变形，而且此应力不容易消除，会导致焊缝和热影响区产生开裂。

（3）Fe与Nb的热导率及比热容存在很大差异。当两种金属在这方面差异很大时，可能导致被焊材料熔化不同步，熔池形成和金属结合不良，导致焊缝结晶条件差，焊缝性能和成形不佳[8-10]。

1。2。2 根据冶金学分析不锈钢与铌的焊接性

异种材料焊接还与材料的结晶化学性能有关。结晶化学性能的差异也被称为“冶金学上的不相容性”，它主要取决于材料的晶格类型、参数，以及原子的外层电子结构和原子的大小。异种材料的结晶化学性能相差不大，它们在固体和液体时可以互溶，溶化后产生了共晶或者固溶体，从而得到焊接接头，这样称它们在冶金学上相容。电化学性能相近时，其溶质原子才能够固溶于基体形成连续固溶体，实现连接，否则极易形成金属间化合物[4，5]。在异种材料焊接过程中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，还会与空气中的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反应生成金属间化合物，可能使得焊接接头的硬度提高，而塑性及韧性降低。铌的熔点为2468℃，高温难熔，但是铌的化学性能比较活泼，高温条件下可以与硫，氮等元素产生化合物。在较高的温度下，铌会与空气中的氧气，氢气，氮气等发生反应形成脆性化合物，同时也会与304不锈钢中的铁，碳，硫等发生反应形成脆性金属间化合物。而脆性化合物会使焊接接头的塑韧性降低，强度降低，不利于得到优质的焊接接头。