液压火箭发动机推力室在工作中要承受高温高压,目前国内外普遍采用在室壁上电铸纯镍来制造冷却通道的再生冷却结构来对其进行冷却。法兰材料为321不锈钢,推力室外壁在与其进行连接时涉及到异种材料的焊接,在焊接过程中出现了热裂纹等缺陷。目前国内外关于纯镍和321不锈钢焊接的研究较少。本文对纯镍和321不锈钢异种金属电子束焊接性进行了研究,并采用添加合金中间层的方法,抑制了接头热裂纹的产生,保证了接头质量。首先对纯镍与321不锈钢母材焊接性及异种金属的焊接性进行了研究。纯镍母材焊接后,晶粒长大严重。321不锈钢母材焊缝组织为奥氏体、铁素体混合组织,焊缝热裂纹敏感性低,热影响区由于Ti C、Ti N等组分液化形成了液化裂纹缺陷。纯镍/321不锈钢异种金属焊接接头焊缝组织为全奥氏体组织,具有较高的热裂纹敏感性,在321不锈钢侧熔合线附近出现了凝固裂纹缺陷。但在异种材料焊接中,由于纯镍热导率较高,避免了接头过热,从而抑制了热影响区液化裂纹的产生。由于两种材料的热物理性能存在差异,导致异种金属焊接时纯镍底部出现未熔合缺陷,采用偏镍侧焊接可以解决这个问题。纯镍/321不锈钢异种金属的焊缝强度高于镍侧热影响区。采用试验与仿真方法相结合的方式,对异种金属焊缝热裂纹敏感性及形成原因进行研究。降低焊接速度和321不锈钢熔合比,焊缝热裂纹敏感性及接头应力也随之降低,应力状态发生改变。从冶金、组织、应力三个方面对热裂纹形成原因进行了分析,得出纯镍/321不锈钢异种金属焊缝热裂纹形成机理为剪切液膜理论。S、P等杂质元素在晶界偏析,形成Fe-P、Fe S-Mn S低熔点共晶。焊缝凝固末期,低熔共晶沿晶界连续分布,形成液态薄膜,在剪切应力作用下导致焊缝开裂。通过添加In718合金中间层,抑制了焊缝热裂纹的产生,并对中间层厚度和焊接工艺参数进行了优化。得出最优中间层厚度为0.2mm,最优焊接工艺参数为电压55k V,束流42m A,焊接速度10mm/s,电子束焊接热输入约为2195J/cm。最终得到无裂纹的纯镍/321不锈钢异种金属电子束焊接接头,接头整体抗拉强度达纯镍母材的95%以上,且接头塑性良好。