由于钛合金与不锈钢的焊接缺乏理论和技术研究,满足使用性能要求的钛钢焊接接头更难以实现。这已经成为制约钛钢接头使用性能的关键科学技术问题。因此,开展不锈钢和钛合金的焊接性研究,能在丰富焊接理论的同时促进不锈钢和钛合金焊接技术的发展,具有重要的理论意义和实用价值。扩散焊因为较小的温度梯度和真空环境的优势被认为是异种材料连接,尤其是易产生金属间化合物的异种金属连接的最为有效的方法。对于钛合金和不锈钢异种金属之间的扩散连接而言,由于二者成分及各种性能之间存在较大差异,扩散温度较高时界面处容易形成金属间化合物;而扩散温度较低则存在元素扩散不充分的问题;因此通常情况下很难获得理想的扩散焊接头。针对这些问题,本文在前人研究发现高密度晶界以及各种非平衡结构缺陷可以为元素提供“短路”扩散通道的基础上,利用强流脉冲电子束（HCPEB）对TC4钛合金和304不锈钢分别进行焊前HCPEB辐照预处理从而在辐照表面诱发种类丰富、密度极高的各种点、线、面非平衡晶体缺陷,为元素扩散提供通道,实现在较低扩散焊接温度下促进元素扩散,提高接头强度的目标。实验整体分为两部分:第一,利用HCPEB技术对TC4钛合金和304不锈钢进行辐照预处理,详细表征了不同次数辐照处理后样品表面的相组成和微观组织结构。并对表层的三维形貌和显微硬度进行测试。结果表明,TC4和304经过HCPEB辐照后表面均形成典型的熔坑结构,熔坑的喷发可以起到清除表面杂质而净化材料表面的作用;而辐照次数增加,熔坑密度减小则可以降低样品表面粗糙度,这可以使得后续扩散焊试验中接头表面焊合率增加。对微观结构的分析结果表明,两种材料的辐照表面均发生了晶粒发生细化且产生了极为丰富的非平衡缺陷结构（位错、层错、孪晶、空位簇等）。空位簇缺陷是过饱和空位凝聚形成的,而包括晶界在内的面缺陷容易发生位错攀移现象,同时留下密度更高的空位缺陷,这对元素扩散都是极为有利的。第二,选择辐照15次后的样品进行连接温度为800℃和900℃的扩散焊接实验,并与未辐照的原始样品作对比。分析接头界面的OM与SEM形貌,重点通过EDS线扫描对TC4中的Ti元素和304不锈钢中的Fe、Cr、Ni元素的扩散情况进行分析,通过对元素的扩散距离的测量和扩散系数、扩散激活能的计算,探究了辐照促进元素扩散的微观机理。此外,还对各参数下的扩散接头的剪切强度做了测试,结合接头显微硬度和断口XRD分析,总结了HCPEB辐照后性能改善的可能机理。结果表明,温度升高,元素扩散距离增加,HCPEB辐照同样可以使得各元素扩散距离增加。对Fe元素在β-Ti中的扩散系数和扩散激活能进行计算发现,原始样品900℃时的扩散系数大于800℃,扩散激活能小于800℃;HCPEB辐照后的样品扩散系数均大于原始样品,扩散激活能小于原始样品。HCPEB辐照后元素扩散能力增强与辐照处理在TC4和304表面诱发的非平衡缺陷结构密切相关。剪切试验结果发现,HCPEB辐照预处理的样品能在相对较低的扩散焊接温度下,得到较为理想的扩散接头剪切强度（850℃:144 MPa和900℃:189MPa）。且850℃下的接头剪切强度甚至远远高于原始样品900℃下的剪切强度。断口XRD分析可以确定原始样品900℃扩散接头的金属间化合物多于800℃,HCPEB辐照后金属间化合物少于原始样品。说明HCPEB辐照预处理可以实现在较低扩散焊接温度下提高接头强度的目标。为钛合金和不锈钢乃至更多异种金属连接提供了一种新方法。尤其是对于固溶度较低甚至互不固溶体系间的扩散焊接而言更是一种极具潜力的新技术。