铝青铜MIG自动堆焊的工艺性试验及应用——文献学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于1989年《焊接技术》第18卷第6期，由富春江水工机械厂揭建安、俞增强撰写。文献针对某部件需在碳素结构钢基体上堆焊铝青铜轴衬的实际需求，系统研究了钢—铝青铜异种金属的焊接性、MIG自动堆焊工艺参数及试验结果。铝青铜（Aluminum Bronze）因其优异的耐磨性、耐海水腐蚀性和抗空泡腐蚀性能，在水利、船舶、海洋工程等领域应用广泛。在碳钢基体上堆焊铝青铜轴衬，是一种经济有效的表面强化手段，但异种金属焊接带来的冶金兼容性问题一直是技术难点。

钢—铝青铜异种金属焊接性分析

钢与铝青铜属于典型的异种金属焊接，两者的物理冶金特性差异显著：

这种差异导致焊接过程中容易出现以下问题：

1. 熔合比控制困难：碳钢基体的稀释作用会显著降低堆焊层的铝含量，影响铝青铜的耐磨和耐蚀性能。铝青铜的耐磨性主要依赖于α固溶体中析出的δ相（FeAl₂），铝含量过低会导致δ相析出不足，硬度下降。
2. 热裂纹倾向：铝青铜中的铝元素在高温下易氧化，形成高熔点Al₂O₃夹杂，增加热裂纹敏感性。同时，异种金属界面的热应力集中也会促进裂纹形成。
3. 气孔缺陷：铝青铜对氢非常敏感，焊接过程中若保护不良，极易产生气孔。MIG焊接的氩气保护虽然较佳，但在自动堆焊的长距离操作中，保护效果可能受到影响。

MIG自动堆焊工艺参数优化

文献采用MIG（Metal Inert Gas）自动堆焊工艺，这是当时较为先进的自动化焊接方法。MIG焊接相比手工焊具有熔深稳定、生产效率高、成形美观等优势，特别适合轴衬类规则的环状堆焊。

工艺参数建议

熔合比控制策略

在钢—铝青铜异种堆焊中，熔合比（基体金属在焊缝中的比例）是关键控制参数。文献中可能采用了以下策略来控制熔合比：

• 多层堆焊：第一层采用过渡层焊丝（如镍基合金），降低稀释率；后续层采用铝青铜焊丝，提高堆焊层的铝青铜成分。
• 低热输入：适当降低焊接电流和速度，减少基体熔入量。
• 堆焊层厚度控制：保证堆焊层厚度≥3 mm，使表层成分接近焊丝成分，避免稀释影响。

试验结果分析与工程应用

文献对堆焊层的硬度、金相组织、力学性能和耐蚀性能进行了系统测试。虽然文献年代较早，但其试验方法和结论对后续研究仍有重要参考价值。

从金相分析角度，铝青铜堆焊层的理想组织应为α单相固溶体或α+δ两相组织。α相为面心立方结构，具有良好的塑性和韧性；δ相（FeAl₂）为有序金属间化合物，提供硬度和耐磨性。若稀释严重，堆焊层中可能出现脆性相（如Fe-Al金属间化合物），导致性能劣化。

在工程应用方面，铝青铜轴衬在水利机械（如水轮机转轮、阀门密封面）和船舶螺旋桨轴系中有着广泛应用。MIG自动堆焊工艺的成功应用，证明了该技术在批量生产中的可行性和可靠性。

个人思考与启示

回顾该文献，有几点深刻的技术体会：

第一，异种金属堆焊的核心矛盾是冶金兼容性。 钢与铝青铜的焊接性研究揭示了异种金属堆焊的普遍规律——稀释效应是决定堆焊层性能的关键因素。这一认识对后续的异种金属堆焊（如不锈钢堆焊碳钢、镍基合金堆焊碳钢）具有普遍指导意义。在实际工程中，控制熔合比通常需要综合采用过渡层、低热输入、多层堆焊等多种手段。

第二，MIG自动堆焊代表了当时焊接自动化的先进水平。 1989年采用MIG自动堆焊在轴衬制造中的应用，体现了焊接技术从手工向自动化、精密化发展的趋势。如今，MIG/MAG堆焊已广泛应用于管道内壁堆焊、阀门密封面堆焊、轧辊修复等领域，自动化堆焊设备（如数控堆焊机器人）已成为现代焊接车间的标准配置。

第三，工程应用导向的研究方法值得借鉴。 该文献从实际部件的修复需求出发，系统研究焊接性、优化工艺参数、验证性能，形成了完整的"需求—研究—验证—应用"闭环。这种工程导向的研究方法，对于解决生产现场的焊接技术难题具有重要的方法论价值。

总体而言，该文献虽然发表于上世纪80年代末，但其所涉及的异种金属焊接性理论、MIG堆焊工艺优化方法、以及工程应用验证体系，至今仍对从事堆焊技术工作的技术人员具有参考价值。特别是在当前管道内壁堆焊、阀门密封面修复等领域，铝青铜堆焊仍是重要的技术手段，该文献的技术积累不可忽视。