Page 70 - 机械工程材料2024年第十一期

蔡 军，等：工艺参数对热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625合金成形性能及组织的影响

流为 190 A/110 A）条件下的堆焊层作为对照。两 面成形均较好，堆焊层连续度较高，表面及焊趾均未
种电流条件下的工艺参数如表1所示，送丝速度均 观察到明显的飞边、夹渣及缺陷；随着焊接速度的降
为 210 cm · min − 1 ，焊接电压根据钨针到基板的距 低，堆焊层宽度增加，热影响区增大；相比于高电流
离（3 mm）及焊接速度由设备自动控制在11.5 V± 条件下，低电流条件下的堆焊层较窄，堆焊层表面粗
0.5 V。由于电压波动范围较小，试验时默认焊接电 糙度更大。随着焊接电流的增大，作用于焊材及工
压恒定。按照上述参数，采用WSM-315D型直流钨 件上的电弧力和热输入均增大：一方面，热输入增大
极氩弧焊机搭配半自动TIG焊接小车、自动送丝系 使得熔池范围增加，即堆焊层宽度增大；另一方面，
统、热丝系统以及基板预热系统在钢板表面制备单 熔池在电弧搅拌及热作用下混合得更加均匀，堆焊
道堆焊层，堆焊前将基板预热至200 ℃， 通过热丝电 层成形更加均匀，飞溅减少，表面更加平滑。
源（热丝电流40 A，电压9.5 V）在焊接瞬间接通预热 由图2可知，不同工艺参数下的堆焊层均出现
焊丝。采用单道堆焊确定的堆焊工艺参数（峰值/基 明显的涡状形貌。这是由于熔池内部在热对流和电
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值电流为160 A/95 A、焊接速度为240 mm · min ) 弧搅拌作用下，中心的高温液体因热膨胀由边缘向
进行3层10道搭接试验， 搭接率为30%。 上流动，而边缘的低温液体由中心向下流动，形成涡
表1 堆焊试验工艺参数 流结构；此外，随着电弧的移动，熔池前端的液态金
Table 1 Process parameters of cladding welding test 属因来不及凝固而向后流动，补充至熔池后端，但在
峰值电流/ 基值电流/ 焊接电压/ 焊接速度/ 焊接热输入/ 重力的影响下继续向两侧流淌，最终在堆焊层顶部
A A V （mm · min −1 ） （J·mm −1 ） 形成涡状结构。堆焊层下端并未呈现标准的圆弧形，
11.5 300 345 这与送丝位置在中心而丝材直径小于电弧宽度有
11.5 280 370 关。对比可知，较低电流下的堆焊层弧形轮廓半径
190 110 11.8 260 408 较小。
11.5 240 431 熔深与堆焊层高度的比值反映母材稀释率的大
11.7 220 479 小。由图3可知：随着焊接速度的增加，不同峰值/
11.0 300 281 基值电流下堆焊层的宽度以及熔深均呈降低趋势，
11.8 280 322 低电流下的堆焊层高度及熔深与高度之比均呈先降
160 95 11.0 260 324 后升的趋势，其中熔深与高度之比最大降幅达16%；
11.5 240 367 高电流下堆焊层高度呈降低趋势，熔深与高度之比
11.5 220 400 先保持稳定，当焊接速度达到300 mm · min －1 时下
降。与高电流条件相比，较低电流下堆焊层各尺寸
采用电火花线切割机在成形较好的堆焊层部位
随焊接速度的变化幅度更明显，这主要是由于焊接
取样分析。金相试样经过镶嵌、研磨和抛光后，用
电流降低，焊接速度对热输入的影响权重增大，即相
质量分数为 10%的草酸溶液进行电解腐蚀，采用
比于高电流条件下，低电流条件下相同的焊接速度
DM2700M型光学显微镜 （OM）观察显微组织，用配
变化量对整体热输入的影响量更大，从而导致熔池
套软件测量堆焊层宽度、高度及熔深。采用Hitachi
尺寸变化幅度大。较低电流下堆焊层的宽度和熔深
TM-3000型扫描电子显微镜（SEM）观察微观形貌，
以及熔深与高度之比更低，堆焊层的高度更高。这
用附带的X-stream-2型能谱分析仪 （EDS）进行微区
主要是由于在较低电流作用下，电弧对母材的穿透
成分分析。采用HXS-1000AY型显微维氏硬度计测
作用明显下降，丝材熔化后大量堆积在表面，形成高
试截面硬度，沿深度方向每隔0.2 mm取点测试，相
且窄的堆焊层。
同深度测3个点取平均值，载荷均为0.98 N，保载时
2.2 工艺参数对单道堆焊层显微组织的影响
间均为15 s；在距表面1.05 mm深度处，每隔0.2 mm
取点测试，取平均值，以此作为堆焊层的显微硬度。 由图4可知：不同工艺参数下堆焊层截面近熔
池底部界面的组织均以平面晶为主，远离熔池底部
2 试验结果与讨论
的组织均以胞状晶、胞状树枝晶为主；随着焊接速度
2.1 工艺参数对堆焊成形的影响 的降低（热输入增大），平面晶区范围逐渐扩大，胞状
由图1可知： 不同工艺参数下的单道堆焊层的表 晶长度增加，并向柱状晶或胞状树枝晶发展。熔池

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