Fe₃Al金属间化合物独特的性能使其具有很好的应用前景,但由于Fe₃Al属脆硬材料,其熔焊具有很大难度。本文采用填丝钨极氩弧焊（TIG）和焊条电弧焊（SMAW）针对Fe₃Al以及Fe₃Al/18-8钢和Fe₃Al/Q235钢的焊接性进行试验研究。以扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、高温差示扫描量热仪（DSC）和ANSYS有限元分析软件等为主要研究手段,以钨极氩弧焊（TIG）接头为研究重点,揭示Fe₃Al焊接区微观组织结构与接头性能的内在联系。系列工艺性试验结果表明,钨极氩弧焊（TIG）采用Cr23-Ni13填充材料,焊接热输入5.5-6.9 kJ/cm;焊条电弧焊（SMAW）采用E310-16型焊条,焊接热输入9.8-11.5kJ/cm,可获得组织性能良好的Fe₃A1焊接接头。其中,Fe₃Al/Q235接头的剪切强度最大（591.1MPa）,Fe₃Al/18-8接头次之,Fe₃Al/Fe₃Al接头最小（127.3MPa）。以接头特征区域划分为主线,展开显微组织、微观结构、裂纹和断口的针对性研究。Fe₃Al接头特征区域包括均匀混合区（HMZ）、不均匀混合区（PMZ）、部分熔化区（PFZ）和热影响区（HAZ）。Fe₃Al/18-8和Fe₃Al/Q235的HMZ以γ为基体,晶界上有片状先共析铁素体析出。Fe₃Al/18-8接头PMZ存在残余δ、ML和Fe₃Al小岛:宽约30μm的富奥氏体带以50-70°的角度沿PFZ分布。Fe₃Al/Fe₃Al的HMZ由大块α-Fe（Al）固溶体组成,PMZ形成Fe₃Al熔化滞留层。Fe₃Al焊接裂纹起源于PFZ,并沿PFZ及HAZ扩展。Fe₃Al/18-8和Fe₃Al/Q235钢接头剪切断口以穿晶解理断裂为主,Fe₃Al/Fe₃Al接头断口为沿晶断裂。Fe₃Al/18-8接头区的相结构由Fe₃Al、γ-（Fe,C）、FeAl、α-Fe（Al）、Ni₃Al和（Cr,Fe）₇C₃组成;Fe₃Al/Q235接头区的相结构包括Fe₃Al、FeAl、Fe₄Al₁₃、α-Fe（Al）、NiAl和（Fe,Cr）:Fe₃Al/Fe₃Al接头区相结构相对简单。Fe₃Al/18-8接头HMZ中上贝氏体α相内部具有高密度位错亚结构,α板条宽度在0.3μm左右,α相和γ相之间存在（110）α//（111）_γ、[001]_α//[101]_γ的位相关系。下贝氏体α相板条宽度在0.2-0.5μm之间。PMZ中的ML板条宽度约为40nm,残余γ薄膜宽度为10-20nm。Fe₃Al/Fe₃Al接头PMZ中α-Fe（Al）相和Fe₃C相之间存在（100）_Fe3C//（110）_{α-Fe（Al）};[100]_Fe3C//[110]_{α-Fe（Al）}的位相关系。揭示焊接条件下Fe₃Al B2与DO₃有序结构转变的两种模式:位错密度较大处为间隔转变模式;位错密度较低处DO₃结构从B2结构中呈球形析出转变模式,并以间隔转变模式为主。DO₃-B2相变温度和热焓变化焊后出现不同程度的降低,且焊接热输入越小,降低幅度越大,DO₃-B2转变逐渐向低温发展。在表征分析、热力学分析的基础上,建立DO₃-B2转变的数学模型,通过控制焊接热输入,可获得DO₃与B2结构比例不同的Fe₃Al接头,适用不同的工作条件。在组织结构分析的基础上,对Fe₃Al/18-8接头的应力分布进行研究。将Fe₃Al/18-8接头应力区划分为应力突变区、应力过渡区和应力稳定区,分析熔合区、焊缝及热影响区不同截面的应力分布。Fe₃Al侧熔合区为应力集中区域,在应力突变区主要受σ_y拉应力作用,σ_y峰值约为σ_x峰值的2倍;在应力稳定区主要承受σ_x拉应力;焊缝应力突变区主要承受σ_y压应力,应力稳定区主要受σ_x拉应力作用:Fe₃Al热影响区应力突变区主要承受σ_y拉应力,应力稳定区则主要为σ_x压应力。本文解决了Fe₃Al脆性材料熔焊时的裂纹问题,特别是在不预热条件下的焊接裂纹问题,为Fe₃Al金属间化合物的应用打下良好试验和理论基础。本文提出焊接区组织结构与应力分析相结合,以特征区域为研究主线的研究思路,采用表征分析、热力学分析与数学分析相结合的研究手段,为高脆性材料的焊接研究提供思路。