导读：本文研究了CrMnFeCoNi合金与316LN不锈钢异种激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明，采用激光束焊接获得了无缺陷的异种接头。焊接接头的室温和低温极限强度均能达到母材的90 %以上。变形亚结构主要由平面位错、层错以及层错解离成纳米孪晶组成。低温下纳米孪晶的体积分数不断增加。焊接接头硬度波动较大，最低硬度位于熔合线附近的熔合区。焊接接头的断裂位于与硬度最低区域一致的熔合区。这主要归因于该区域晶粒粗大和应力集中。
国际热核能反应堆(ITER)项目的建设旨在验证磁约束聚变能的科学和技术可行性，该能可以提供可持续的清洁能源。然而，ITER不是商业反应堆，因此开发了几种DEMO概念设计，例如欧洲示范聚变发电厂(EU-DEMO)，日本示范聚变反应堆(JA-DEMO)，韩国聚变示范托卡马克反应堆(K-DEMO)和中国聚变工程试验堆(CFETR)。.由于大型磁体系统的动态发展，例如目前的DEMO反应堆，将需要具有更高强度和韧性的低温结构材料来承受施加在导管护套中的磁体外壳和电缆上的严重电磁力，这些电磁力是由4.2 K的较大磁场引起的。例如，316LN奥氏体不锈钢及其改性被选为ITER项目中的结构材料，因为它们具有优异的性能，例如强度，韧性和延展性，可为线圈和超导材料(需要抵抗循环电磁力)提供结构强化，并减少线圈在4.2 K下运行时的应力和变形。
然而，预计将为DEMO反应堆开发具有较高设计屈服应力的材料，因此很难为磁体选择对8.4 K极端工作条件的耐受材料。高熵合金(HEA)具有卓越的机械性能，使其成为在低温下用作结构部件的潜在候选者，以承受磁体操作期间产生的洛伦兹力施加的高应力。考虑到加工周期和成本，在磁铁部件的高应力区域将选择具有较高强度和韧性的结构材料。但是，在低应力区域将使用11LN等普通材料。因此，有必要在制造过程中开发316LN和高熵合金之间的可靠焊接工艺。
多年来对高熵合金可焊性的累积工作，以了解微观结构演变和焊接工艺优化已有报道。一些报告侧重于高熵合金的熔焊，包括钨极气体保护焊，气体保护金属电弧焊，电子束焊接和激光束焊接。此外，固态技术也应用于高熵合金焊接。通常，高熵合金如CrMnFeCoNi合金在高能量密度焊接方法下具有良好的焊接性，并且没有观察到焊接接头力学性能的明显下降。如今，研究人员专注于不同的高熵合金焊接。Adomako等人生产了CrMnFeCoNi合金与双相不锈钢之间的健全接头，获得的焊接接头强度低于母材，焊件中未发现有害的金属间化合物或微偏析。Oliveira等人研究了CrMnFeCoNi合金与316不锈钢之间异种焊接接头的微观组织演变及其对力学性能的影响，焊件中较大的柱状晶粒导致焊接接头的伸长率较低。
在聚变磁体结构的运行过程中，低温下接头的力学性能起着至关重要的作用，使其能够承受严苛的运行要求，否则将暴露焊接接头在极低温度下的不充分断裂行为。松山湖材料实验室王伟、中国科学院理化技术研究所低温重点实验室肖扬等研究团队对母材及其焊接件的力学性能进行了研究。尽管对母材及其焊接件的力学特性已有研究，但对高熵合金异种焊接接头的微观组织演变及低温力学性能的研究仍较为缺乏。本文研究了CrMnFeCoNi合金与316LN低温异种激光焊接接头的微观组织和力学性能。两种材料的有效焊接将提高高熵合金作为聚变反应堆、氢能等应用的结构材料的潜力。
