Q235A钢表面TIG堆焊铜合金的组织和性能研究

0 前言

Q235A钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉，能够满足一般工程结构及普通零件的要求，然而由于Q235A钢表面硬度低、耐腐蚀性差等缺点限制了其在更多领域的应用

。大量的生产实践表明，Q235A钢不但会在酸性以及中性的介质中发生电化学腐蚀，而且在碱性介质中耐蚀性也较差，在高温浓碱中耐腐蚀性更差

。并且Q235A钢在潮湿环境中也容易腐蚀形成FeOOH，FeOOH疏松多孔，容易产生腐蚀和磨损的交互作用，这种腐蚀交互作用可使磨损的速率增大几十倍。

近年来随着对表面高硬度、耐磨、耐腐蚀，内部保持良好塑韧性材料的研究，表面改性技术获得了很好的发展和应用，已成功用来提高工程零部件、航空零件、运动器材等的耐磨性和硬度

。气体钨极氩弧焊（TIG）是一种较方便的表面改性方法。TIG堆焊是在惰性气体保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝 （如果使用填充焊丝）的一种焊接方法

。经多次试验表明，该冶金结合方法可得到无裂纹的熔覆层。

铜基合金具有良好的耐蚀性、导热性及耐粘着磨损性，广泛应用于石油、石化、机械、矿山等领域。然而，其强度低于钢铁材料，价格比一般钢铁材料昂贵，并且在有些场合很难甚至无法满足工程实际的要求，往往需要材料结构兼有铜与钢的性能

。在石油化工、航空航天和兵器制造领域便有了在钢基体表面堆敷铜合金层，在保证钢材性能的同时，兼有了铜的导电导热性能

。一般在堆焊过程中不仅要求堆焊层与基体实现冶金结合，有较高的结合强度，而且要求很低的稀释率。熔池的金属凝固过程直接影响堆焊层的组织结构和力学性能

，该过程包括传热、流体、化学反应等复杂现象。一些研究表明，熔覆层复杂的微观结构是提高耐磨性和硬度的关键因素

，因此有必要对熔覆层微观组织进行研究。本研究在Q235A钢板表面用CuSi

铜合金焊丝进行堆焊试验，并分析了堆焊层的组织和性能。

（2）分区内施工顺序： 清挖施工受码头影响较大，计划先配合总包方拆除码头。开工后先开挖港池，将高于-5.0m标高的淤泥开挖到-5.0m（考虑600吨吊船吃水），再清挖码头附近区域（码头前后5米区域及箱内回填料），码头拆除后再同时清挖码头后方区域及基槽、港池区域。

1 试验材料及设备

1.1 试验材料

本次试验母材采用4块Q235A钢板，钢板尺寸400 mm×70 mm×3.8 mm，其主要化学成分及力学性能见表1和表2。试验用焊接材料为CuSi

铜合金焊丝，焊丝直径为0.8 mm，主要化学成分见表3。

1.2 试验设备

用2号、12号和18号堆焊试样制作成金相试验样品，采用扫描电镜观察焊缝断面微观形貌。图2所示为焊缝试样横截面宏观照片，图3所示为12号试样母材及热影响区金相组织。从图2和图3可以看出，作为亚共析钢，母材的组织主要由铁素体和珠光体组成。粒状的珠光体弥散分布在比较粗大的铁素体晶粒中间。而热影响区组织经历过回复（新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化阶段）、再结晶（出现无畸变等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）和晶粒长大（再结晶结束之后晶粒继续长大）过程，从而得到尺寸为较稳定、无畸变的细等轴晶粒。

其他设备包括J1G-SD41-350N型材切割机、信达MD2215A台式砂轮机、XQ-2型金相镶嵌机、MP-2型抛光机、XJP-6A数码金相显微镜、JH-16型压力机、F-P400型球磨机及XL30ESEM-TMP型环境扫描电镜。

2 焊接工艺及过程

2.1 焊接工艺

堆焊工艺试验采用TIG焊，直流正接，焊缝长度70 mm。保持焊接电弧长约4.5 mm；送丝角度20°～30°，焊丝末端距工件高度l mm；铈钨极直径2.4 mm，尖端锥角约35°；保护气体为99.9%的普通工业纯氩，气体流量10～15 L/min。

基于表4中的30组试验，选择2号、12号和18号做金相试验，12号进行硬度和腐蚀性试验。

傻子毛二一脸惶恐，担着两个大四鼻陶罐下了井台。罐子里的水晃荡着往外淌。毛二的步子在阳光下开始变得瘦小。像一阵风，瞬间，消失在小巷尽头的竹林里。

2.2 焊接参数及试验结果

用化学浸泡试验来研究堆焊层耐腐蚀性能。将12号堆焊接试样切割成规则尺寸的腐蚀试样，用树脂镶嵌，留出堆焊熔覆层和母材结合面并磨制抛光。同时，用未进行堆焊的Q235A钢板制作腐蚀试样作为对照。采用质量分数15%的FeCl

盐酸溶液作为腐蚀液,试验温度25℃，时间24 h，以试样腐蚀形貌来评价其耐腐蚀性能。通过观察发现，两组试样经过腐蚀试验后，母材发生了严重腐蚀，堆焊层未发现明显腐蚀，这是因为铜合金含有可以形成保护膜的镍元素，表现出更好的耐腐蚀性，由此表明，Q235A钢表面堆焊铜合金后其表面耐蚀性显著提高。

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氩气是惰性气体，在焊接过程中既不与金属发生化学反应，也不溶解于金属中，这为获得高质量焊缝提供了良好条件

。但是氩气与还原性气体或氧化性气体不同，不具备脱氧或去氢能力，因此TIG焊焊接过程对焊件上的污染极为敏感。为保证焊接质量，焊前必须将焊件和焊丝等清理干净，不残留污染物

。须清除的污染物有油脂、油漆、涂层加工时用的润滑剂、尘土和氧化膜等。堆焊前将待焊表面用砂纸进行手工逐级磨光，以去除试件表面的氧化膜和吸附层，然后用丙酮擦拭待焊试件表面，用热风吹干后即可进行堆焊试验。

3 试验结果分析

3.1 金相试验分析

焊接设备是福尼斯TT2200型全数字直流TIG焊机、KD4010送丝机、工业控制机和XKA714B/1E数控铣床等组装成的堆焊成型系统。

图4为铜合金堆焊层与母材结合区组织，从图4可以看出，靠近母材结合部分的组织有部分等轴晶，这是因为有Fe渗透进去，即堆焊过程中发生泛铁现象

。铜与钢在高温下无限互溶，焊接过程，钢基体发生熔化进入液态铜合金中。当热输入加大时，钢基体大量熔化，在电弧力搅拌作用下与液态铜合金混合，冷却后残存在铜合金中以游离相形式存在，形成泛铁相。

图5为铜合金堆焊层金相组织，由图5可见，其组织主要为等轴晶。铁在铜中溶解度有限，当温度下降时，溶解度也随着降低，铁元素就会机械混合于铜中。铜和铁在液态可以无限互溶，因此在铁熔滴溶解过程中，铜液体也溶解进铁液滴中。

由相关试验得知，TIG堆焊铜合金最合适电流为110～130 A，送丝速度为90～130 cm/min，焊接速度为100～140 mm/min。通过分别控制焊接速度、 送丝速度和焊接电流进行试验，共设计了30组数据，焊接参数见表4，堆焊层形貌如图1所示。

3.2 堆焊层硬度

采用HVS-1000型显微硬度计测试Q235A钢板及铜合金堆焊层显微硬度，载荷100 g，加载时间15 s，每个试样测3个值，如果离散太大则测5个值，最后求平均值。测量的试样是堆焊铜合金试验中12号堆焊试样，并与未进行堆焊的Q235A钢板对照，测试结果见表5。从表5可以看出，Q235A钢板表面硬度值较低，而铜合金堆焊层表面硬度值比Q235A钢板高，达到了预期目标。

3.3 堆焊层耐蚀性

采用TIG焊在Q235A钢板上进行堆焊铜合金试验，根据铜合金焊丝的不同特点选择不同的焊接工艺参数，主要影响因素为焊接速度、送丝速度和焊接电流，因此可通过改变焊接速度、送丝速度和焊接电流获取性能最优的焊缝。在堆焊过程中，先选用固定的焊接速度，通过改变焊接电流和送丝速度，根据焊缝外观来判断焊接效果

。主要可通过观察焊缝外观的平整度、美观度和飞溅等具体情况来选择优化焊缝。对于成形不好的焊缝，可通过调节焊接速度获取最优的焊接参数

；对于焊缝成形比较好的焊缝，可通过切割后观察熔深和熔宽来判断。在试验过程中应做好数据记录，并在焊缝上标出焊接参数。试验时根据焊接参数对焊缝的不同影响来决定需要改变的参数。

综上所述,CT会产生X线辐射,对患者带来损伤,该种诊断方式在临床中使用比较多。因此低剂量CT扫描的临床研究能够为社会效益带来帮助。使用CT来对骨折部位进行清晰的显示,对胸部创伤患者的临床应用价值非常高。低剂量多层CT扫描对肋骨骨折的临床诊断效果比较突出,可以让患者受到的辐射剂量减少,对患者的健康提供了保障,获得的图像质量非常高,临床中可以将其作为诊断依据,得到正确结果,因此临床中可以进行推广使用。

4 结论

（1）利用TIG堆焊方法在Q235A钢板表面堆焊铜合金，在合适的焊接工艺参数下堆焊层表面成形较好，堆焊层与基体间实现冶金结合。随焊接热输入加大，熔覆层宽度增大，基体表面熔深增加。

从主要特征上看，壮族师公舞的外在形式是戴有面具的，与此同时，也缺少不了刀、剑等，与蚂拐舞蹈中的蛙形在造型上颇有相似的地方，其中有双臂呈蹲裆之式，胳膊肘也同时平举，与花山壁画的舞蹈风格相似。

（2）焊接电流、焊接速度和送丝速度影响表面堆焊层熔宽和余高，焊接电流主要决定焊缝熔深，焊接速度主要决定单位长度焊缝的热输入。本次试验Q235A钢表面TIG堆焊铜合金最优工艺参数为焊接电流120 A，送丝速度90 mm/min，焊接速度为120 mm/min。

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（3）在奥氏体铜合金焊接接头中,按照铁素体形态的变化定义特征区，较为合理的过渡区由未混合区、部分熔化区和固态相变区组成，其与两侧的焊缝区和热影响区之间均有明显的边界。

（4）焊接接头的未混合区与焊缝区虽均为凝固组织，但由于化学成分、过热度和冷却速度等的差异而形成形态不同的组织。部分熔化区与固态相变区无明显的组织差异，它们形成的铁素体细小、不连续、无方向性，奥氏体基体上无柱状晶形态。

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