Q235A鋼表面TIG堆焊銅合金的組織和性能研究

0 前言

Q235A鋼容易冶煉，工藝性好，價格低廉，能夠滿足一般工程結構及普通零件的要求，然而由于Q235A鋼表面硬度低、耐腐蝕性差等缺點限制了其在更多領域的應用

。大量的生產實踐表明，Q235A鋼不但會在酸性以及中性的介質中發生電化學腐蝕，而且在堿性介質中耐蝕性也較差，在高溫濃堿中耐腐蝕性更差

。并且Q235A鋼在潮濕環境中也容易腐蝕形成FeOOH，FeOOH疏松多孔，容易產生腐蝕和磨損的交互作用，這種腐蝕交互作用可使磨損的速率增大幾十倍。

近年來隨著對表面高硬度、耐磨、耐腐蝕，內部保持良好塑韌性材料的研究，表面改性技術獲得了很好的發展和應用，已成功用來提高工程零部件、航空零件、運動器材等的耐磨性和硬度

。氣體鎢極氬弧焊（TIG）是一種較方便的表面改性方法。TIG堆焊是在惰性氣體保護下，利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲 （如果使用填充焊絲）的一種焊接方法

。經多次試驗表明，該冶金結合方法可得到無裂紋的熔覆層。

銅基合金具有良好的耐蝕性、導熱性及耐粘著磨損性，廣泛應用于石油、石化、機械、礦山等領域。然而，其強度低于鋼鐵材料，價格比一般鋼鐵材料昂貴，并且在有些場合很難甚至無法滿足工程實際的要求，往往需要材料結構兼有銅與鋼的性能

。在石油化工、航空航天和兵器制造領域便有了在鋼基體表面堆敷銅合金層，在保證鋼材性能的同時，兼有了銅的導電導熱性能

。一般在堆焊過程中不僅要求堆焊層與基體實現冶金結合，有較高的結合強度，而且要求很低的稀釋率。熔池的金屬凝固過程直接影響堆焊層的組織結構和力學性能

，該過程包括傳熱、流體、化學反應等復雜現象。一些研究表明，熔覆層復雜的微觀結構是提高耐磨性和硬度的關鍵因素

，因此有必要對熔覆層微觀組織進行研究。本研究在Q235A鋼板表面用CuSi

銅合金焊絲進行堆焊試驗，并分析了堆焊層的組織和性能。

（2）分區內施工順序： 清挖施工受碼頭影響較大，計劃先配合總包方拆除碼頭。開工后先開挖港池，將高于-5.0m標高的淤泥開挖到-5.0m（考慮600噸吊船吃水），再清挖碼頭附近區域（碼頭前后5米區域及箱內回填料），碼頭拆除后再同時清挖碼頭后方區域及基槽、港池區域。

1 試驗材料及設備

1.1 試驗材料

本次試驗母材采用4塊Q235A鋼板，鋼板尺寸400 mm×70 mm×3.8 mm，其主要化學成分及力學性能見表1和表2。試驗用焊接材料為CuSi

銅合金焊絲，焊絲直徑為0.8 mm，主要化學成分見表3。

1.2 試驗設備

用2號、12號和18號堆焊試樣制作成金相試驗樣品，采用掃描電鏡觀察焊縫斷面微觀形貌。圖2所示為焊縫試樣橫截面宏觀照片，圖3所示為12號試樣母材及熱影響區金相組織。從圖2和圖3可以看出，作為亞共析鋼，母材的組織主要由鐵素體和珠光體組成。粒狀的珠光體彌散分布在比較粗大的鐵素體晶粒中間。而熱影響區組織經歷過回復（新的無畸變晶粒出現之前所產生的亞結構和性能變化階段）、再結晶（出現無畸變等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程）和晶粒長大（再結晶結束之后晶粒繼續長大）過程，從而得到尺寸為較穩定、無畸變的細等軸晶粒。

其他設備包括J1G-SD41-350N型材切割機、信達MD2215A臺式砂輪機、XQ-2型金相鑲嵌機、MP-2型拋光機、XJP-6A數碼金相顯微鏡、JH-16型壓力機、F-P400型球磨機及XL30ESEM-TMP型環境掃描電鏡。

2 焊接工藝及過程

2.1 焊接工藝

堆焊工藝試驗采用TIG焊，直流正接，焊縫長度70 mm。保持焊接電弧長約4.5 mm；送絲角度20°～30°，焊絲末端距工件高度l mm；鈰鎢極直徑2.4 mm，尖端錐角約35°；保護氣體為99.9%的普通工業純氬，氣體流量10～15 L/min。

基于表4中的30組試驗，選擇2號、12號和18號做金相試驗，12號進行硬度和腐蝕性試驗。

傻子毛二一臉惶恐，擔著兩個大四鼻陶罐下了井臺。罐子里的水晃蕩著往外淌。毛二的步子在陽光下開始變得瘦小。像一陣風，瞬間，消失在小巷盡頭的竹林里。

2.2 焊接參數及試驗結果

用化學浸泡試驗來研究堆焊層耐腐蝕性能。將12號堆焊接試樣切割成規則尺寸的腐蝕試樣，用樹脂鑲嵌，留出堆焊熔覆層和母材結合面并磨制拋光。同時，用未進行堆焊的Q235A鋼板制作腐蝕試樣作為對照。采用質量分數15%的FeCl

鹽酸溶液作為腐蝕液,試驗溫度25℃，時間24 h，以試樣腐蝕形貌來評價其耐腐蝕性能。通過觀察發現，兩組試樣經過腐蝕試驗后，母材發生了嚴重腐蝕，堆焊層未發現明顯腐蝕，這是因為銅合金含有可以形成保護膜的鎳元素，表現出更好的耐腐蝕性，由此表明，Q235A鋼表面堆焊銅合金后其表面耐蝕性顯著提高。

對民族村寨旅游的可持續發展進行深入探究，要求不僅可以實現民族村寨旅游發展的短期目標，促進當地居民的經濟收入提升，發展當地特色旅游。還要能夠通過多種措施，使得人與自然和諧相處，并適度發掘民族村寨旅游潛力，使子孫后代也能分享民族村寨旅游的成果。

氬氣是惰性氣體，在焊接過程中既不與金屬發生化學反應，也不溶解于金屬中，這為獲得高質量焊縫提供了良好條件

。但是氬氣與還原性氣體或氧化性氣體不同，不具備脫氧或去氫能力，因此TIG焊焊接過程對焊件上的污染極為敏感。為保證焊接質量，焊前必須將焊件和焊絲等清理干凈，不殘留污染物

。須清除的污染物有油脂、油漆、涂層加工時用的潤滑劑、塵土和氧化膜等。堆焊前將待焊表面用砂紙進行手工逐級磨光，以去除試件表面的氧化膜和吸附層，然后用丙酮擦拭待焊試件表面，用熱風吹干后即可進行堆焊試驗。

3 試驗結果分析

3.1 金相試驗分析

焊接設備是福尼斯TT2200型全數字直流TIG焊機、KD4010送絲機、工業控制機和XKA714B/1E數控銑床等組裝成的堆焊成型系統。

圖4為銅合金堆焊層與母材結合區組織，從圖4可以看出，靠近母材結合部分的組織有部分等軸晶，這是因為有Fe滲透進去，即堆焊過程中發生泛鐵現象

。銅與鋼在高溫下無限互溶，焊接過程，鋼基體發生熔化進入液態銅合金中。當熱輸入加大時，鋼基體大量熔化，在電弧力攪拌作用下與液態銅合金混合，冷卻后殘存在銅合金中以游離相形式存在，形成泛鐵相。

圖5為銅合金堆焊層金相組織，由圖5可見，其組織主要為等軸晶。鐵在銅中溶解度有限，當溫度下降時，溶解度也隨著降低，鐵元素就會機械混合于銅中。銅和鐵在液態可以無限互溶，因此在鐵熔滴溶解過程中，銅液體也溶解進鐵液滴中。

由相關試驗得知，TIG堆焊銅合金最合適電流為110～130 A，送絲速度為90～130 cm/min，焊接速度為100～140 mm/min。通過分別控制焊接速度、 送絲速度和焊接電流進行試驗，共設計了30組數據，焊接參數見表4，堆焊層形貌如圖1所示。

3.2 堆焊層硬度

采用HVS-1000型顯微硬度計測試Q235A鋼板及銅合金堆焊層顯微硬度，載荷100 g，加載時間15 s，每個試樣測3個值，如果離散太大則測5個值，最后求平均值。測量的試樣是堆焊銅合金試驗中12號堆焊試樣，并與未進行堆焊的Q235A鋼板對照，測試結果見表5。從表5可以看出，Q235A鋼板表面硬度值較低，而銅合金堆焊層表面硬度值比Q235A鋼板高，達到了預期目標。

3.3 堆焊層耐蝕性

采用TIG焊在Q235A鋼板上進行堆焊銅合金試驗，根據銅合金焊絲的不同特點選擇不同的焊接工藝參數，主要影響因素為焊接速度、送絲速度和焊接電流，因此可通過改變焊接速度、送絲速度和焊接電流獲取性能最優的焊縫。在堆焊過程中，先選用固定的焊接速度，通過改變焊接電流和送絲速度，根據焊縫外觀來判斷焊接效果

。主要可通過觀察焊縫外觀的平整度、美觀度和飛濺等具體情況來選擇優化焊縫。對于成形不好的焊縫，可通過調節焊接速度獲取最優的焊接參數

；對于焊縫成形比較好的焊縫，可通過切割后觀察熔深和熔寬來判斷。在試驗過程中應做好數據記錄，并在焊縫上標出焊接參數。試驗時根據焊接參數對焊縫的不同影響來決定需要改變的參數。

綜上所述,CT會產生X線輻射,對患者帶來損傷,該種診斷方式在臨床中使用比較多。因此低劑量CT掃描的臨床研究能夠為社會效益帶來幫助。使用CT來對骨折部位進行清晰的顯示,對胸部創傷患者的臨床應用價值非常高。低劑量多層CT掃描對肋骨骨折的臨床診斷效果比較突出,可以讓患者受到的輻射劑量減少,對患者的健康提供了保障,獲得的圖像質量非常高,臨床中可以將其作為診斷依據,得到正確結果,因此臨床中可以進行推廣使用。

4 結論

（1）利用TIG堆焊方法在Q235A鋼板表面堆焊銅合金，在合適的焊接工藝參數下堆焊層表面成形較好，堆焊層與基體間實現冶金結合。隨焊接熱輸入加大，熔覆層寬度增大，基體表面熔深增加。

從主要特征上看，壯族師公舞的外在形式是戴有面具的，與此同時，也缺少不了刀、劍等，與螞拐舞蹈中的蛙形在造型上頗有相似的地方，其中有雙臂呈蹲襠之式，胳膊肘也同時平舉，與花山壁畫的舞蹈風格相似。

（2）焊接電流、焊接速度和送絲速度影響表面堆焊層熔寬和余高，焊接電流主要決定焊縫熔深，焊接速度主要決定單位長度焊縫的熱輸入。本次試驗Q235A鋼表面TIG堆焊銅合金最優工藝參數為焊接電流120 A，送絲速度90 mm/min，焊接速度為120 mm/min。

BIM技術應用過程中，為實現工程建設三維數據模型的高效節建立，工程建設人員需將文檔系統的信息資源轉化為BIM平臺的數據格式，并確保BIM項目信息管理的實現。該轉化過程中，原數據保留是其應用的基礎，并且輸入系統的控制下，數據信息被引入到交通層，并按照IFC規定進行數據交換，并在文檔信息關聯的同時，確保項目信息模型的建立，從而實現文檔信息對項目工程的管理控制。

（3）在奧氏體銅合金焊接接頭中,按照鐵素體形態的變化定義特征區，較為合理的過渡區由未混合區、部分熔化區和固態相變區組成，其與兩側的焊縫區和熱影響區之間均有明顯的邊界。

（4）焊接接頭的未混合區與焊縫區雖均為凝固組織，但由于化學成分、過熱度和冷卻速度等的差異而形成形態不同的組織。部分熔化區與固態相變區無明顯的組織差異，它們形成的鐵素體細小、不連續、無方向性，奧氏體基體上無柱狀晶形態。

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