钽是一种难熔、耐腐蚀的特种稀有金属，在航空、航天、原子能等领域发挥重要作用,钽薄壁管是主要应用产品，目前在国际上还只有美国和日本能生产，关于钽及其合金焊接及质量控制方面的基础理论研究非常缺乏。本课题就是基于国家“十五”重点攻关项目，参与生产线的设计和工程实践，开展钽薄板氦弧焊的电弧与熔池行为及交互作用、熔池结晶与焊缝晶粒控制、熔池振动与焊缝成形、焊缝氧化与焊缝裂纹产生机制及焊缝裂纹防止等方面的试验与理论研究。　　经过近3年的理论设计和工程实践，解决了制约生产线焊缝质量的焊接方法、对接间隙控制和焊接保护箱气氛控制的三大技术难题，建成了国内第一条高水平的全自动化钽薄壁管氦弧焊生产线，其技术水平达到国内领先、国际先进。　　对氦弧与熔池的交互作用的研究发现，钽薄壁管氦弧焊所获得的表面光洁度极高的焊缝是电弧压力激振产生的熔池凝固形成的规则排列的微观年轮纹，这种焊缝表面光洁度高的特征是与钽金属的高熔点、液态下的大表面张力等有关。发现钽薄壁管氦弧焊的预置间隙使氦弧产生边缘加热，阻止熔池旋转，促进熔池向间隙处汇流，形成漏斗集热效应，促进金属蒸发和电弧稳定，使焊缝获得良好成形。建立了钽薄壁管氦弧焊焊缝表面光洁度与熔池振动的数学模型，获得了振幅A、波长L与焊缝表面光洁度的定量关系，揭示了焊接电流、对接间隙等关键参数对焊缝表面光洁度的影响规律，这对于钽薄壁管氦弧焊生产线取消焊后打磨工序具有重要应用价值。　　建立了钽薄壁管氦弧焊熔池凝固－晶粒长大过程的演变模型。发现其成缝过程是熔合线的晶粒在焊接热过程作用下先期再结晶晶粒长大成为母晶粒，熔池从母晶粒继承了晶粒大小和结晶方向，在焊缝上形成联生子晶粒，子晶粒凝固结晶长大成柱状晶，柱状晶继续后期再结晶长大，形成组织更为粗大的柱状晶焊缝。为改善焊缝性能，提出了在线辗压焊缝和向焊缝添加稀土细化晶粒的方法。前者对焊缝的辗压，可使焊缝结晶的临界晶核半径rk减小，结晶形核功Ak降低，结晶中心数目n增加，成核速度增加；后者向焊缝中加入的微量稀土，破坏了焊缝边缘先期晶粒长大的遗传因子，改变柱状晶形状，增加熔池中的均匀形核率，使得焊缝晶粒细化。　　对钽薄壁管氦弧焊焊缝裂纹的研究认为，焊缝裂纹是由于焊缝中的氧所引起的氧致裂纹。断口分析发现其裂纹源是氧与焊缝区高温的钽发生扩散氧化、在焊缝组织晶界形成Ta2O及在焊缝拉应力作用下或在焊缝组织晶界正反馈扩展力作用下产生开裂，这种裂纹的产生是与钽金属具有很高的熔点有关。研究还发现钽薄壁管氦弧焊时氧在焊缝中的扩散存在以α-Ta组织、条纹组织、胞状组织晶界构成的快速通道，发生在快速通道中的氧的扩散、钽的氧化、快速通道的扩张作用过程是一个正反馈的链锁反应，只要焊缝存在充足的氧，快速通道的链锁反应将首先形成网状氧化物，然后自裂成网状裂纹，这种特征是与钽的原子结构和氧化物的低密度有关。实践表明，对于钽薄壁管氦弧焊生产线，通过严格控制钽管焊缝的氧来源，优化焊接质量控制方法，改善焊缝的应力状态，可防止焊缝的氧致裂纹和焊缝氧化，并对取消在线热处理工序具有重要应用价值。