锆-4合金因其优异的物理性能和机械性能被广泛用于核燃料的包壳材料。随着反应堆技术的不断进步以及对核电安全性能的关注,对目前包壳材料的焊接质量也提出了更严格的要求。本文采用微束等离子焊接方法对锆合金包壳和封头在自制小型充氩仓内进行焊接,为减小焊接接头宽度以及晶粒尺寸大小,采用自制铜套冷却夹具来加速热量散失。焊接接头呈金黄色,整个焊接接头宽度在4mm以内,从母材到焊缝,晶粒尺寸依次增大。本文研究了水淬以及水淬后回火对接头耐氧化性能和氧化动力学参数的影响并分析了接头氧化机理。研究结果表明,未热处理、淬火和回火三种状的锆合金氧化动力学曲线相似,高温氧化过程中均出现了氧化转折。初始阶段氧化动力学曲线遵循抛物线规律,后期氧化阶段氧化动力学曲线遵循线性规律。回火态、常温态、淬火态焊接接头氧化转折时间依次减少,说明回火态锆合金焊接接头表面氧化膜的保护作用持续时间较长,常温态次之,淬火态最短。淬火态接头由于残余β-Zr相的存在耐氧化性能最差,回火态接头组织中大量弥散分布的第二相Zr(Fe,Cr)2有利于耐氧化性能的提升。晶粒尺寸越大,耐氧化性能越差,因此同一接头中焊缝区耐氧化性能最差。接头的氧化与氧化膜组织演变有关,锆合金的氮化及再氧化使氧化膜中出现大量裂纹,进而加速空气的扩散,造成锆合金不断被氧化。对锆合金接头在热处理下的力学性能进行了研究,结果表明,硬度值沿接头区域呈不均匀状态分布。各状态焊接接头硬度焊缝区最大,热影响区次之,母材硬度最小。Zr-4合金接头进行淬火热处理可显著提高其抗拉强度和屈服强度,但塑性较差,回火处理的接头塑性较好,强度降低,未热处理接头塑性最好,但屈服强度相对较小。淬火态Zr-4合金焊接接头在室温下轴向拉伸时发生脆性断裂,其断裂机理为解理断裂,常温态和回火态Zr-4合金焊接接头拉伸断裂机理为微孔聚集型断裂,断裂类型为韧性断裂。