铝青铜MIG自动堆焊工艺性试验及应用学习体会

文献概况与技术挑战

揭建安和俞增强在1989年《焊接技术》第18卷第6期发表的这篇论文，针对某部件需在碳素结构钢上堆焊铝青铜轴衬的要求，系统研究了钢与铝青铜的焊接性，以及MIG自动堆焊的工艺性和试验结果。论文由富春江水工机械厂完成，是船舶和水工机械领域具有代表性的堆焊技术研究。

铝青铜是一种以铜为基体、含铝为主要合金元素的青铜合金，具有良好的耐磨性、耐海水腐蚀性和较高的强度。在水工机械和船舶设备中，铝青铜轴衬被广泛用于滑动轴承、水轮机导叶等关键部件。然而，钢与铝青铜属于异种金属，两者在物理性能和冶金特性上存在显著差异，焊接性较差，这是该技术面临的核心挑战。

钢与铝青铜的焊接性分析

钢与铝青铜焊接的主要困难源于以下几个方面。第一，两者的熔点差异大，钢的熔点约为1500摄氏度，而铝青铜的熔点约为950摄氏度，焊接时熔池温度控制困难，容易出现过烧或熔合不良。第二，热膨胀系数差异导致焊接残余应力大，易产生裂纹。第三，铝青铜中的铝元素极易氧化，在焊接过程中形成氧化铝薄膜，阻碍熔池流动和冶金结合。第四，钢与铜合金之间可能形成脆性金属间化合物，降低接头性能。

以下为钢与铝青铜的主要物理性能对比：

MIG自动堆焊工艺方案与试验结果

论文采用MIG（熔化极气体保护焊）自动堆焊工艺，这是当时较为先进的焊接方法。MIG自动焊的优势在于焊接参数稳定、生产效率高、焊缝成形良好，适合轴衬这类环形结构的连续堆焊。在保护气体选择方面，通常采用纯氩气或氩氦混合气，以提供充分的保护效果，防止铝的氧化。

在工艺参数优化方面，需要重点考虑以下参数：焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、保护气体流量以及焊枪摆动参数。对于铝青铜堆焊，电流密度不宜过大，以避免母材过热和过度稀释。同时，焊接速度需适中，过慢会导致熔深过大、稀释率过高，过快则会导致熔合不良。

试验结果表明，通过合理的工艺参数匹配，可以在碳素结构钢上成功堆焊出质量合格的铝青铜轴衬层。堆焊层与母材的结合强度满足使用要求，堆焊层的耐磨性和耐海水腐蚀性达到了设计目标。

工程应用中的关键控制要点

从工程实践角度分析，铝青铜MIG自动堆焊的成功实施需要关注以下关键控制要点。第一，母材表面处理必须彻底，去除氧化皮、油污和锈蚀，确保良好的熔合基础。第二，焊前预热温度需适当控制，建议预热至200至300摄氏度，以减小焊接应力和防止冷裂纹。第三，堆焊层数应根据轴衬厚度确定，通常采用多层堆焊，每层厚度控制在2至3毫米。第四，堆焊过程中的温度监测至关重要，需避免层间温度过高导致母材性能劣化。

从PDCA循环角度审视，铝青铜堆焊工艺的开发过程体现了典型的PDCA逻辑。P（计划）阶段明确了轴衬的功能要求和材料选择；D（执行）阶段通过试验验证了MIG自动堆焊工艺的可行性；C（检查）阶段对堆焊层的组织和性能进行了检测评估；A（处理）阶段对工艺参数进行了优化调整，形成了可重复的工艺规程。

学习心得与启示

这篇论文虽然发表于1989年，但其技术内容至今仍有重要参考价值。铝青铜堆焊在水工机械、船舶和海洋工程领域的应用需求持续增长，特别是在海水环境下的耐磨轴衬修复方面。MIG自动堆焊工艺相比手工焊具有明显的效率和质量优势，适合批量生产和现场修复。对于从事钢管和管件制造的技术人员而言，异种金属堆焊技术是一个值得深入研究的领域，特别是在不锈钢与碳钢、镍基合金与碳钢等异种材料组合中，类似的焊接性问题和工艺挑战普遍存在。掌握异种金属堆焊的技术原理和工艺控制方法，是提升技术能力和拓展业务范围的重要途径。