TiC型双熔敷极耐磨堆焊接头组织与性能研究——文献学习体会

文献概况与背景

本文发表于2020年《齐鲁工业大学学报》第34卷第2期，作者李玲玉、赵伟、张辉、高立营来自齐鲁工业大学机械与汽车工程学院，研究受国家自然科学基金（51805285）、山东省重点研发计划（2018GGX103031）和山东省大学生创新创业训练计划项目（S201910431018）资助。该研究采用原位自生方法制备TiC增强型耐磨堆焊熔敷层，对比了双熔敷极焊条电弧焊与传统焊条电弧焊对熔敷层组织和显微硬度的影响，属于焊接冶金与材料科学交叉领域的研究。

双熔敷极焊接技术原理

双熔敷极焊条电弧焊是一种改进型焊接方法，其核心特征在于焊条具有两个独立的熔敷区域。与传统焊条相比，双熔敷极焊条在焊接过程中可同时形成两种不同成分的熔敷金属，从而实现组织和性能的梯度调控。这一技术对于耐磨堆焊具有重要意义，因为耐磨层往往需要同时满足高硬度（耐磨）和一定韧性（抗冲击）的矛盾要求。

TiC（碳化钛）是一种典型的硬质相，硬度高达HRC 90以上，熔点约3150℃，化学稳定性优异。在堆焊熔敷层中引入TiC颗粒，可以显著提高基体的耐磨性能。原位自生法通过在焊材中添加Ti和C元素，在焊接凝固过程中原位生成TiC颗粒，避免了外源添加TiC颗粒带来的分布不均匀和界面结合不良问题。

焊接电流对组织和硬度的影响

文献在150安培、180安培和210安培三个焊接电流水平下进行了系统试验，结果表明：

焊接电流增大导致热输入增加，熔池温度升高、冷却速率降低，凝固组织粗化。TiC颗粒的尺寸和分布也随电流变化——低电流下TiC颗粒细小但数量较少，高电流下颗粒粗大且分布不均匀。180安培时，TiC颗粒尺寸和分布达到最佳平衡，因此硬度最高。

双熔敷极焊条电弧焊所得熔敷层组织比传统焊条电弧焊更细，这主要归因于双熔敷极焊接过程中熔池的热循环特征不同。双熔敷极焊接时，两个熔敷区域的相互作用使熔池温度分布更加均匀，凝固过程中温度梯度降低，有利于形成更细小的组织。

与工程实践的结合

TiC增强型耐磨堆焊在矿山机械、水泥机械、电力设备和石油化工等领域有广泛应用。对于耐磨衬板、管道内衬、阀门密封面等耐磨部件，TiC增强堆焊层可显著提高使用寿命。

在实际应用中，焊接电流的选择需要综合考虑以下因素：

1. 工件厚度：薄壁工件应采用较小电流，以避免烧穿和变形。
2. 覆层厚度要求：多层堆焊时，打底层的电流可适当减小，中间层和盖面层电流可逐步增大。
3. 母材类型：碳素钢和合金钢的预热温度和层间温度要求不同，需相应调整焊接参数。

对于TiC增强堆焊层的质量控制，建议关注以下检测项目：

关键疑问与独立思考

文献中未讨论TiC增强堆焊层的服役性能，特别是耐磨寿命和疲劳性能。在实际工况中，TiC颗粒虽然提高了硬度，但过高的硬度可能导致脆性增加，在冲击载荷下产生剥落。建议后续研究开展TiC增强堆焊层的磨损试验（如干摩擦、湿磨、磨粒磨损等）和疲劳试验，建立硬度、韧性和耐磨寿命之间的定量关系。

另一个值得关注的问题是：双熔敷极焊条的制造工艺和质量控制标准。双熔敷极焊条的结构比传统焊条复杂，其制造精度和一致性直接影响焊接质量。目前国内双熔敷极焊条的标准尚不完善，建议行业加快制定相关技术标准，推动这一技术的推广应用。

学习心得与启示

这篇文献代表了耐磨堆焊技术的前沿研究方向。原位自生TiC增强技术和双熔敷极焊接方法的结合，为高性能耐磨堆焊层的制备提供了新的技术途径。对于从事耐磨堆焊工程的技术人员而言，理解TiC颗粒对组织和性能的影响机制，掌握焊接电流对TiC颗粒尺寸和分布的调控规律，是提高堆焊层质量的关键。建议在实际工作中，根据具体工况需求选择合适的TiC含量和颗粒尺寸，并通过金相分析和硬度检测验证堆焊层质量，逐步积累TiC增强堆焊的工艺经验。