粉煤灰-二氧化硅活性剂在Q235钢A-TIG焊中的应用.pdf

第２５卷第３期２０17年６月材料科学与工艺MAＴEＲIAＬＳＳＣIENＣE＆ＴEＣHNＯＬＯＧＹVｏl.２５Nｏ.３Ｊｕn.２０17ＤＯI：1０.11９５1／ｊ.ｉｓｓn.1００５－０２９９.２０1６０1６4粉煤灰／二氧化硅活性剂在Ｑ２３５钢Ａ－ＴＩＧ焊中的应用马壮1，陶莹1，周鹏２，董世知３，李智超３（1.辽宁科技学院冶金工程学院，辽宁本溪117００4；２.法国国立高等化学学校界面电化学及能源材料实验室，巴黎7５００５；３.辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁阜新1２３０００）摘要：为了探究粉煤灰作为A－ＴIＧ焊活性剂的可行性，以粉煤灰和不同含量的二氧化硅制备复合活性剂在Ｑ２３５钢基体表面进行A－ＴIＧ焊，研究了复合活性剂成分含量对焊缝截面形貌、显微组织和元素分布的影响.结果表明：采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为复合活性剂进行A－ＴIＧ焊时，可将６ｍｍ厚Ｑ２３５钢板一次性焊透，焊缝深宽比可达到０.８５；焊缝出现明显的中间收缩倾向，呈“深口杯”状，可实现单道焊双面成型的效果；其焊缝柱状晶数目较多、组织排列规则且具有方向性，熔合区和热影响区组织均匀细小，可降低焊接母材的过热倾向；相对于1００％ＳｉＯ２活性剂，Ｓｉ元素的溶入量和溶入深度显著增加，这说明粉煤灰中其他成分的存在对Ｓｉ元素溶入焊缝、进而增加焊缝熔深起到促进作用.采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２为活性剂进行A－ＴIＧ焊时焊缝熔深的增加机理可能是以电弧收缩理论为主，但考虑到Al元素溶入较深且溶入量较多，粉煤灰中其他物相又十分复杂，在高温电弧作用下各物相之间相互反应放热致使电弧热输入增加、其他组分在熔池中改变了熔池表面张力温度梯度等均可能致使焊缝熔深增加.关键词：粉煤灰；活性剂；A－ＴIＧ焊；熔深；显微组织中图分类号：ＴＧ444文献标志码：A文章编号：1００５－０２９９（２０17）０３－００８５－０６Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｌｙａｓｈ／ｓｉｌｉｃａａｃｔｉｖｅｆｌｕｘｏｎＡ－ＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇｏｆＱ２３５ｓｔｅｅｌMAＺｈｕａnｇ1，ＴAＯＹｉnｇ1，ＺHＯＵPｅnｇ２，ＤＯNＧＳｈｉｚｈｉ３，ＬIＺｈｉｃｈａｏ３（1.ＣｏllｅｇｅｏｆMｅｔａllｕｒｇｙEnｇｉnｅｅｒｉnｇ，ＬｉａｏnｉnｇInｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅnｃｅａnｄＴｅｃｈnｏlｏｇｙ，Ｂｅnxｉ117００4，Ｃｈｉnａ；２.ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒInｔｅｒｆａｃｅ，ElｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａlａnｄEnｅｒｇｙMａｔｅｒｉａlｓ，EｃｏlｅNａｔｉｏnａlｅＳｕｐｅｒｉｅｕｒｅｄｅＣｈｉｍｉｅｄｅPａｒｉｓ，Pａｒｉｓ7５００５，Ｆｒａnｃｅ；３.ＣｏllｅｇｅｏｆMａｔｅｒｉａlＳｃｉｅnｃｅａnｄEnｇｉnｅｅｒｉnｇ，ＬｉａｏnｉnｇＴｅｃｈnｉｃａlＵnｉvｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕxｉn1２３０００，Ｃｈｉnａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：InｏｒｄｅｒｔｏａnａlｙｓｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉlｉｔｙｏｆｆlｙａｓｈａｓａｃｔｉvｅｆlｕxｉnA－ＴIＧｗｅlｄｉnｇ，ｆlｙａｓｈａnｄＳｉＯ２ｗｉｔｈvａｒｙｉnｇｃｏnｔｅnｔｓｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｃｔｉvｅｆlｕxｅｓｔｏｗｅlｄｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｆＱ２３５ｓｔｅｅl，ａnｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｃｔｉvｅｆlｕxｅｓｏnｗｅlｄｐｅnｅｔｒａｔｉｏn，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａnｄｅlｅｍｅnｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.ExｐｅｒｉｍｅnｔａlｒｅｓｕlｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＱ２３５ｓｔｅｅlｐlａｔｅｗｉｔｈｔｈｉｃknｅｓｓｏｆ６ｍｍｃｏｕlｄｂｅｆｕllｙｗｅlｄｅｄｗｉｔｈｆlｙａｓｈａnｄ4０％ＳｉＯ２ａｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｃｔｉvｅｆlｕxｅｓ，ａnｄｔｈｅｄｅｐｔｈ-ｔｏ-ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｗｅlｄｒｅａｃｈｅｓｕｐｔｏ０.８５.Ｔｈｅｍｉｄｄlｅｏｆｔｈｅｗｅlｄｓｈａｐｅｄｗｉｔｈｄｅｅｐｇlａｓｓｐｒｅｓｅnｔｓｒｅｍａｒkａｂlｅｓｈｒｉnkａｇｅｔｅnｄｅnｃｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｕlｄｒｅａlｉｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｏnｅ-ｓｉｄｅｗｅlｄｉnｇｗｉｔｈｂａｃkｆｏｒｍａｔｉｏn.Ｔｈｅｃｏlｕｍnａｒｃｒｙｓｔａlｓｓｈｏｗａｐｒｅｆｅｒｒｅｄｏｒｉｅnｔａｔｉｏn，ｗｈｉlｅｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉnｆｕｓｉｏnｚｏnｅａnｄｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏnｅｅxｈｉｂｉｔａｆｉnｅａnｄｕnｉｆｏｒｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｗｈｉｃｈｃｏｕlｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｏvｅｒｈｅａｔｉnｔｈｅｗｅlｄｉnｇ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ1００％ＳｉＯ２ａｓａｃｔｉvｅｆlｕxｅｓ，ｔｈｅｄｉｓｓｏlvｅｄｑｕａnｔｉｔｙａnｄｄｅｐｔｈｏｆｅlｅｍｅnｔＳｉｉnｃｒｅａｓｉnｇｍａｒkｅｄlｙｉnｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏnｅnｔｓｉnｆlｙａｓｈｃｏｕlｄｐlａｙａｐｏｓｉｔｉvｅｒｏlｅｉnｍｅlｔｉnｇｉnｔｏｔｈｅｗｅlｄｓｅａｍａnｄｉnｃｒｅａｓｉnｇｔｈｅｗｅlｄｐｅnｅｔｒａｔｉｏn.ＴｈｅｍｏｓｔｐｒｏｂａｂlｅｍｅｃｈａnｉｓｍｏｆA－ＴIＧｗｅlｄｉnｇｗｉｔｈｆlｙａｓｈａnｄ4０％ＳｉＯ２ａｓａｃｔｉvｅｆlｕxｅｓｉｓａｒｃｃｏnｔｒａｃｔｉｏnｔｈｅｏｒｙ.WｈｅｒｅａｓｅlｅｍｅnｔAlｈａｓｈｉｇｈｃｏnｔｅnｔａnｄｄｉｓｓｏlvｅｓｄｅｅｐlｙｉnｔｈｅｗｅlｄｉnｇａnｄｏｔｈｅｒｐｈａｓｅｓｉnｆlｙａｓｈａｒｅvｅｒｙｃｏｍｐlｉｃａｔｅｄ，ｍａnｙｏｔｈｅｒｔｈｅｏｒｉｅｓｃｏｕlｄａlｓｏｃａｕｓｅｔｈｅｉnｃｒｅａｓｉnｇｏｆｔｈｅｗｅlｄｐｅnｅｔｒａｔｉｏn，ｓｕｃｈａｓvａｒｉｏｕｓｐｈａｓｅｓｉnｔｅｒａｃｔａnｄｒｅlｅａｓｅｈｅａｔｗｉｔｈｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｃlｅａｄｉnｇｔｏｔｈｅｉn’ｃｒｅａｓｅｏｆａｒｃｓｈｅａｔｉnｐｕｔ，ｏｔｈｅｒｐｈａｓｅｓｉnｆlｙａｓｈｃｈａnｇｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅnｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｅnｓｉｏnｉnｔｈｅｗｅlｄｐｏｏl.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆlｙａｓｈ；ａｃｔｉvｅｆlｕx；A－ＴIＧｗｅlｄｉnｇ；ｗｅlｄｐｅnｅｔｒａｔｉｏn；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ收稿日期：２０1６－０５－２4.网络出版时间：２０17－０６－1０.基金项目：国家自然科学基金－煤炭联合基金项目（Ｕ1２６11２３／E０4２２）.作者简介：马壮（1—９６３），男，博士，教授.通信作者：马壮，E-ｍａｉl：ｍａｚｈ1２３＠２６３.nｅｔ.Ｑ２３５钢由于热导率小、线膨胀系数大而在焊接过程中易产生热变形［1］，这极大地限制了其在工程结构部件中的应用.钨极氩弧焊是目前常见的Ｑ２３５钢焊接方法，但该种方法单道焊熔深浅、生产率低，而双面焊的焊接成本很高［２－３］.而活性万方数据钨极氩弧焊（简称A－ＴIＧ焊）可以有效解决上述问题，其实质是在传统钨极氩弧焊前将一层很薄的表面活性剂涂敷在焊接板材表面，使得焊缝熔深显著增加的焊接工艺［4］.由于活性剂可以使电弧收缩和改变熔池流动方式，电弧能量更为集中［５］，A－ＴIＧ焊可实现中厚板的快速、小热输入焊接和单道焊双面成形效果，从而解决钢板在焊接过程中存在的热变形问题［６］.然而，A－ＴIＧ焊活性剂的关键在于的选择.目前，大部分活性剂的成分和配方都受到专利保护的限制，同时活性剂原料多采用分析纯市售化学试剂，在很大程度上提高了活性剂的成本［7－８］.因此，寻找一种绿色、高效和环保型活性焊剂原料成为今后活性焊接领域的重要研究方向.粉煤灰是发电厂的煤粉高温燃烧产生的主要工业固体废弃物，粉煤灰的大量堆积不仅侵占了很多土地资源，而且也造成了严重的大气和水体污染［９－1０］.但是，与其他煤炭伴生资源一样，粉煤灰亦具有十分重要的回收利用价值.粉煤灰的化学成分主要以ＳｉＯ２、Al２Ｏ３和碱性金属氧化物为主，而ＳｉＯ２和金属氧化物可作为活性剂在A－ＴIＧ焊过程中起到增加焊缝熔深的作用［11－1３］，这为粉煤灰作原料制备A－ＴIＧ焊活性剂提供了可能.研究采用阜新发电厂提供的粉煤灰，并辅以一定量的ＳｉＯ２作为活性剂在Ｑ２３５钢表面进行A－ＴIＧ焊接试验，旨在探究粉煤灰应用于A－ＴIＧ焊活性剂的可行性.这对于拓宽A－ＴIＧ焊活性剂材料的新来源、推动A－ＴIＧ焊成本低廉化和实现煤炭固体废弃物高附加值利用具有重要意义.1试验材料及方法试验用母材是Ｑ２３５热轧钢，试样尺寸为1００ｍｍ×３０ｍｍ×６ｍｍ.首先用角磨机对钢板进行打磨去除表面氧化膜，其次砂纸磨平除锈，最后用丙酮擦拭清洗以保证钢板被焊表面露出金属光泽且具有一定的粗糙度.试验用复合活性剂由阜新发电厂提供的粉煤灰和一定量ＳｉＯ２组成，粉煤灰的化学成分如表1所示.粉煤灰中多含有未燃尽的Ｃ、Ｓ等，应对其进行中温煅烧热活化和脱碳、脱硫处理：在ＳＸ２－８－1０中温箱式电阻炉中℃８００保温２ｈ后随炉冷却.由于P元素等含量较少，暂不考虑其对焊缝质量带来的恶化问题，而去除粉煤灰中其他杂质的相关研究是技术成果向工业化转化过程中的重点内容.表１阜新发电厂粉煤灰的化学成分Ｔａｂ.1ＣｈｅｍｉｃａlｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏnｏｆｆlｙａｓｈｆｒｏｍＦｕxｉnＴｈｅｒｍａlPｏｗｅｒPlａnｔ（ｗｔ.％）Al２Ｏ３ＳｉＯ２MｇＯNａ２ＯＣａＯＴＦｅ２Ｏ３Ｋ２ＯP２Ｏ５ＴｉＯ２MnＯＯｔｈｅｒｓ17.３２５９.８２２.６11.３7３.６4８.２３２.7５０.２６０.7９０.11３.1０将按比例称量后的活性剂粉末与丙酮溶剂按1∶ｇ4ｍＬ溶解，并调制成粘度适中的悬浊液，采用长柄毛刷把活性剂涂敷在试件待焊区域，活性剂的涂敷方式如图1所示，涂敷厚度以完全覆盖基体表面金属光泽为宜.然后将试样置于ＤHＧ－９０7６A型电热恒温鼓风干燥箱中烘干２小时后备用.无活性剂有活性剂焊接方向10~15mm100mm图１活性剂的涂覆方式Ｆｉｇ.1Ｃｏａｔｉnｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｃｔｉvａｔｉnｇｆlｕx试验采用WＳ－５００型直流钨极氩弧焊机与ＣＧ1－３０型焊接小车配合完成半自动A－ＴIＧ焊，以期实现对焊接速度和电弧长度的精确控制.为了保证试验数据的一致性和可比性，必须保证所有焊接工艺参数的精确设定，同时同一试样无活性剂区和有活性剂区焊接要一次完成.焊接工艺参数为焊接电流1６０A，焊接速度11５ｍｍ／ｍｉn，氩气流量7.５Ｌ／ｍｉn，电弧长度３.５ｍｍ，钨极直径２.０ｍｍ，喷嘴直径1２ｍｍ.采用ＤＳM２００型数码显微镜对焊缝截面尺寸及形貌进行观测.采用ＬEIＣAＤM4０００M型激光金相显微镜对焊缝显微组织进行观察.利用ＦEIＱＵANＴA２００Ｆ型场发射扫描电镜对焊缝剖面进行线扫描元素分析，扫描方向由焊缝顶端中部垂直向下至熔合线最底端（由图２所示），其参数为电压３０kV、采点数３００、加载时间1５００ｍｓ.扫描方向图２线扫描示意图Ｆｉｇ.２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅlｅｍｅnｔｓａnａlｙｓｉｓｓｃａnnｉnｇ·６８·材料科学与工艺第２５卷万方数据２试验结果与分析２．１焊缝熔深及截面形貌表２为ＳｉＯ２含量对粉煤灰活性焊接接头焊缝尺寸影响.由表可以看出，在相同焊接工艺参数条件下，不同ＳｉＯ２含量的活性剂对焊缝熔深、熔宽的影响不同.随着ＳｉＯ２含量的增加，焊缝熔深在总体上呈先增加后降低趋势，并且在ＳｉＯ２含量为4０％时达到峰值，可将６ｍｍ厚Ｑ２３５钢板一次性焊透.焊缝熔宽随ＳｉＯ２含量增加则呈不断“升高－降低－升高－降低”的波动性变化，在ＳｉＯ２含量为4０％、7０％和８０％时熔宽值相对较小.通过计算可知，采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２活性剂进行焊接时，焊缝深宽比最大，可达到０.８５以上.结合Ｑ２３５钢A－ＴIＧ焊的焊缝截面形貌（图３）可知，当采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２活性剂进行A－ＴIＧ焊时，焊缝出现明显的中间收缩倾向，呈“深口杯”状，类似于双面焊的焊缝熔池形状，焊缝无裂纹、气孔和夹杂等缺陷，说明A－ＴIＧ焊可实现“单道焊双面成型”的效果.这是由于表面活性剂中除ＳｉＯ２之外还存在较多的Al２Ｏ３、MｇＯ和ＣａＯ等金属氧化物，氧化物共同作用导致电弧电离电压增大，进而使电弧电压增大，焊缝熔深、熔宽有所增加［14］.而其他ＳｉＯ２含量活性剂焊接时，焊接效果相对较差，焊缝熔深较浅、熔宽较大，呈“宽口碗”状.对比分析可知，粉煤灰－4０％ＳｉＯ２复合活性剂焊接焊接效果最好.表２不同ＳｉＯ２含量对焊缝截面尺寸的影响Ｔａｂ.２EｆｆｅｃｔｏｆＳｉＯ２ｐｒｏｐｏｒｔｉｏnｏnｄｉｍｅnｓｉｏnｓｏｆｗｅlｄｅｄｊｏｉnｔＳｉＯ２含量／ｗｔ％熔深／ｍｍ熔宽／ｍｍ深宽比０３.６６7.３９０.4９５1０３.０7８.41０.３６５２０３.６０7.９９０.4５1３０５.３17.1９０.7３９4０＞６7.０２＞０.８５５５０4.９８7.44０.６６９６０３.５９８.77０.4０９7０５.０５６.7５０.74８８０4.５６６.６1０.６９０1００4.３８1０.０００.4３８(a)(b)(c)(d)图３Ｑ２３５钢Ａ－ＴＩＧ焊的焊缝截面形貌Ｆｉｇ.３Wｅlｄｃｒｏｓｓ-ｓｅｃｔｉｏnｏｆＱ２３５ｓｔｅｅlｂｙA－ＴIＧ：（ａ）ｆlｙａｓｈａnｄ２０％ＳｉＯ２；（ｂ）ｆlｙａｓｈａnｄ4０％ＳｉＯ２；（ｃ）ｆlｙａｓｈａnｄ６０％ＳｉＯ２；（ｄ）ｆlｙａｓｈａnｄ８０％ＳｉＯ２２．２截面显微组织图4为不同活性剂的焊缝显微组织，由左至右依次为焊缝柱状晶、熔合区和热影响区.采用1００％ＳｉＯ２活性剂进行焊接时，焊缝的柱状晶组织尺寸大小不一且排列不规则，柱状晶内部组织是以细小的针状铁素体为主，其沿晶界向内均匀生长；而采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２活性剂焊接时，焊缝内柱状晶数目较多、排列规则且方向性较强，柱状晶内部的针状铁素体数目略多、形态规则.在A－ＴIＧ焊过程中，采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂进行焊接时电弧收缩作用和热输入增强作用更加显著，焊缝熔深有所增加，熔合区边界更长，散热速度更快，因而界面处晶粒反向择优生长的能力更强强，形成的柱状晶也排列规则且有方向性.对比热影响区组织可以发现，采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂时热影响区组织更为均匀细·7８·第３期马壮，等：粉煤灰／二氧化硅活性剂在Ｑ２３５钢A－ＴIＧ焊中的应用万方数据小，这是由于焊缝熔深较深、界面更大，导致界面处散热面积大、散热速度快，奥氏体在快速冷却条件下形核较多且晶粒长大的时间短，因而形成的晶粒更为均匀细小、减小了母材的过热倾向［1５］.而在柱状晶和热影响区之间存在明显的等轴晶和网状共晶组织的熔合区，该区域是发生裂纹和脆性破坏的根源［1６］.相比之下，粉煤灰－4０％ＳｉＯ２活性剂焊接时等轴晶和网状共晶组织更加细小均匀，焊接接头具有更好的强度和韧性［17］.50μm50μm(a)(b)图４不同活性剂的焊缝显微组织Ｆｉｇ.4Mｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗｅlｄｅｄｊｏｉnｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅnｔａｃｔｉvｅｆlｕx：（ａ）ａｃｔｉvｅｆlｕxｗｉｔｈ1００％ＳｉＯ２；（ｂ）ａｃｔｉvｅｆlｕxｗｉｔｈｆlｙａｓｈａnｄ4０％ＳｉＯ２２．３焊缝元素分布及粉煤灰活性焊剂作用机理讨论图５为Ｑ２３５钢焊接接头的焊缝元素分布测试结果.可以看出，采用1００％ＳｉＯ２作为活性剂时，与无活性剂时Ｓｉ元素的分布（图５（ａ））对比可知，焊缝中Ｓｉ元素在深度２０００μｍ以下的溶入量略有增加，但增幅并不明显.而当采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂时，Ｓｉ元素的溶入量明显增加，溶入深度可达到距焊缝表面２０００μｍ以上，这说明粉煤灰中其他成分的存在可能有助于Ｓｉ元素溶入焊缝、进而增加焊缝熔深.Al元素的溶入效果十分明显，当溶入深度处于２０００μｍ以内时，Al元素的溶入量较多，而超出这一范围时溶入量减少.相对Ｓｉ元素的分布状态，Al元素在熔池表面及中部的富集相对更为显著.7060504030201000100020003000Si(At%)Distance/μmSi(a)01000200030004000706050403020100Si(At%)Distance/μmSi(b)706050403020100Si(At%)Distance/μmSi0200040006000(c)706050403020100Si(At%)Distance/μmSi0200040006000(d)图５Ｑ２３５钢焊接接头的焊缝元素分布Ｆｉｇ.５ElｅｍｅnｔａlｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｏｆｗｅlｄｉnｇｊｏｉnｔｏｆＱ２３５ｓｔｅｅl：（ａ）ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｏｆｅlｅｍｅnｔＳｉｉnｔｈｅｗｅlｄｓｅａｍｗｉｔｈｏｕｔａｃｔｉvｅｆlｕx；（ｂ）ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｏｆｅlｅｍｅnｔＳｉｉnｔｈｅｗｅlｄｓｅａｍｗｉｔｈ1００％ＳｉＯ２ａｃｔｉvｅｆlｕx；（ｃ）ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｏｆｅlｅｍｅnｔＳｉｉnｔｈｅｗｅlｄ；（ｄ）ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏnｏｆｅlｅｍｅnｔAlｉnｔｈｅｗｅlｄｓｅａｍｗｉｔｈ4０％ＳｉＯ２ａｃｔｉvｅｆlｕxｓｅａｍｗｉｔｈ4０％ＳｉＯ２ａｃｔｉvｅｆlｕx·８８·材料科学与工艺第２５卷万方数据根据电弧收缩理论［1８］，活性剂可以通过强迫冷却使电弧收缩，进而提高电弧的能量密度、温度和电弧力，从而使焊缝熔深增加、熔宽收缩.由于试验中粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂时焊缝熔宽值较小，因此电弧收缩也是影响焊缝熔深、熔宽的主要原因之一.但考虑到Al元素溶入较深且溶入量较多，试验结果并非是单纯的电弧收缩引起的.粉煤灰中物相十分复杂，在高温电弧作用下各物相之间相互反应放热使电弧热输入增加、其他组分在熔池中改变了熔池表面张力温度梯度等均可能使焊缝熔深增加［1９－２０］，而粉煤灰中各组分在焊缝熔深增加中的具体作用机理还有待进一步研究.结合焊缝截面形貌考虑，采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂进行焊接时可将６ｍｍ厚的Ｑ２３５钢板一次性焊透，这表明粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂对焊缝熔深增加、熔宽收缩起到积极的作用.因此，粉煤灰－4０％ＳｉＯ２活性剂增加焊缝熔深、熔宽的作用机理极可能是以电弧收缩理论为主，热输入增加理论和表面张力温度梯度改变理论共同作用产生的.３结论1）采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂进行Ｑ２３５钢直流A－ＴIＧ焊时，可将６ｍｍ厚钢板一次性焊透.焊缝截面出现了明显的中间收缩倾向，呈“深口杯”状，实现了“单道焊双面成型”的效果.２）采用粉煤灰－4０％ＳｉＯ２作为活性剂时，焊缝柱状晶组织排列规则且具有方向性，熔合区和热影响区组织均匀细小.３）添加表面活性剂后，Ｓｉ元素的溶入量和溶入深度显著增加，说明粉煤灰中其他成分对Ｓｉ元素溶入焊缝、进而增加焊缝熔深起到促进作用.粉煤灰增加焊缝熔深的作用机理可能是由电弧收缩理论、热输入增加理论和表面张力温度梯度改变理论等共同作用产生的.参考文献：［1］孙影，张麦仓，董建新，等.Ｑ２３５钢的热变形特性［Ｊ］.钢铁研究学报，２００６，1８（５）：4２－4５.ＳＵNＹｉnｇ，ＺHANＧMａｉｃａnｇ，ＤＯNＧＪｉａnxｉn，ｅｔａl.HｏｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏnｂｅｈａvｉｏｒｏｆＱ２３５ｓｔｅｅl［Ｊ］.ＪｏｕｒnａlｏｆIｒｏnａnｄＳｔｅｅlＲｅｓｅａｒｃｈ，２００６，1８（５）：4２－4５.［２］雷玉成，承龙，李猛刚，等.MＧH９５６合金ＴIＧ焊原位合金化对其组织性能的影响［Ｊ］.材料科学与工艺，２０14，２２（２）：1２３－1２８.ＬEIＹｕｃｈｅnｇ，ＣHENＧＬｏnｇ，ＬIMｅnｇｇａnｇ，ｅｔａl.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉn-ｓｉｔｕａllｏｙｉnｇｏnｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａnｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｄｕｒｉnｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆＴIＧｗｅlｄｉnｇｆｏｒMＧH９５６ａllｏｙ［Ｊ］.MａｔｅｒｉａlｓＳｃｉｅnｃｅ＆Ｔｅｃｈnｏlｏｇｙ，２０14，２２（２）：1２３－1２８.［３］范成磊，林三宝，杨春利，等.Nｉｍｏnｉｃ２６３合金混合型焊接活性剂及效果研究［Ｊ］.材料科学与工艺，２００7，1５（５）：６4０－６44.ＦANＣｈｅnｇlｅｉ，ＬINＳａnｂａｏ，ＹANＧＣｈｕnlｉ，ｅｔａl.MｉxｅｄｆlｕxｅｓｆｏｒNｉｍｏnｉｃ２６３ｓｕｐｅｒａllｏｙA－ＴIＧｗｅlｄｉnｇａnｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］.MａｔｅｒｉａlｓＳｃｉｅnｃｅ＆Ｔｅｃｈnｏlｏｇｙ，２００7，1５（５）：６4０－６44.［4］ＲEＺAN，AＬIＲEＺAlＫ，HAMIＤＲEＺAN.EｆｆｅｃｔｏｆａｃｔｉvｅｇａｓｏnｗｅlｄｓｈａｐｅａnｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｄvａnｃｅｄA－ＴIＧ-ｗｅlｄｅｄｓｔａｉnlｅｓｓｓｔｅｅl［Ｊ］.AｃｔａMｅｔａllｕｒｇｉｃａＳｉnｉｃａ，２０1６，２９（３）：２９５－３００.［５］MAＤＵＲAIMＵＴHＵV，VAＳＵＤEVANM，PAＲAMEＳWA-ＲANP.Ｓｔｕｄｉｅｓｏnｉｍｐｒｏvｅｍｅnｔｏｆｔｏｕｇｈnｅｓｓｉnｍｏｄｉｆｉｅｄ９Ｃｒ－1MｏｓｔｅｅlA－ＴIＧｗｅlｄｊｏｉnｔ［Ｊ］.ＴｒａnｓａｃｔｉｏnｓｏｆｔｈｅInｄｉａnInｓｔｉｔｕｔｅｏｆMｅｔａlｓ，２０1５，６８（２）：1８1－1８９.［６］ＬIＵＧｕａnｈｕｉ，ＬIＵMｅｉｈｕａ，ＹIＹａｏｙｏnｇ，ｅｔａl.Aｃｔｉ-vａｔｅｄｆlｕxｔｕnｇｓｔｅnｉnｅｒｔｇａｓｗｅlｄｉnｇｏｆ８ｍｍ-ｔｈｉｃkAIＳI３０4ａｕｓｔｅnｉｔｉｃｓｔａｉnlｅｓｓｓｔｅｅl［Ｊ］.ＪｏｕｒnａlｏｆＣｅn-ｔｒａlＳｏｕｔｈＵnｉvｅｒｓｉｔｙ，２０1５，２２（３）：８００－８０５.［7］董世知，马壮，陶莹，等.均匀设计法在粉煤灰活性焊剂制备中的应用［Ｊ］.非金属矿，２０1５，３８（６）：６２－６4.ＤＯNＧＳｈｉｚｈｉ，MAＺｈｕａnｇ，ＴAＯＹｉnｇ，ｅｔａl.AｐｐlｉｃａｔｉｏnｏｆｕnｉｆｏｒｍｄｅｓｉｇnｍｅｔｈｏｄｉnｄｅvｅlｏｐｉnｇA－ＴIＧａｃｔｉvａｔｉnｇｆlｕxｅｓｏｆｆlｙａｓｈ［Ｊ］.Nｏn-MｅｔａllｉｃMｉnｅｓ，２０1５，３８（６）：６２－６4.［８］林三宝，杨春利，刘凤尧，等.不锈钢ＴIＧ焊活性剂对焊缝性能的影响［Ｊ］.哈尔滨工业大学学报，２００２，３4（３）：３０８－３11.ＬINＳａnｂａｏ，ＹANＧＣｈｕnlｉ，ＬIＵＦｅnｇｙａｏ，ｅｔａl.EｆｆｅｃｔｏｆａｃｔｉvａｔｉnｇｆlｕxｅｓｏnｗｅlｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｄｕｒｉnｇＴIＧｗｅlｄｉnｇｏｆｓｔａｉnlｅｓｓｓｔｅｅl［Ｊ］.ＪｏｕｒnａlｏｆHａｒｂｉnInｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈnｏlｏｇｙ，２００２，３4（３）：３０８－３11.［９］AMIＴＫＧ，ＲAＪEEVPＳ，IＢＲAHIMMH，ｅｔａl.Ｆlｙａｓｈｆｏｒａｇｒｉｃｕlｔｕｒｅ：ｉｍｐlｉｃａｔｉｏnｓｆｏｒｓｏｉlｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，nｕｔｒｉｅnｔｓ，ｈｅａvｙｍｅｔａlｓ，ｐlａnｔｇｒｏｗｔｈａnｄｐｅｓｔｃｏnｔｒｏl［Ｊ］.AｇｒｏｅｃｏlｏｇｙａnｄＳｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒＣlｉｍａｔｅＣｈａnｇｅ，２０1２，（８）：２６９－２８６.［1０］马壮，陶莹，董世知，等.煤炭固体废弃物在金属材料热加工领域的应用［Ｊ］.煤炭学报，２０14，３９（1）：３２－３９.MAＺｈｕａnｇ，ＴAＯＹｉnｇ，ＤＯNＧＳｈｉｚｈｉ，ｅｔａl.Aｐｐlｉｃａｔｉｏnｏｆｃｏａlｓｏlｉｄｗａｓｔｅｉnｔｈｅｆｉｅlｄｏｆｈｏｔｗｏｒkｉnｇｏｆｍｅｔａlｍａｔｅｒｉａlｓ［Ｊ］.ＪｏｕｒnａlｏｆＣｈｉnａＣｏａlＳｏｃｉｅｔｙ，２０14，３９（1）：３２－３９.［11］ＤEVENＤＲANAＴHＲＫ，ＪEＬＬIＬN，ＧANＧINENIＣ，·９８·第３期马壮，等：粉煤灰／二氧化硅活性剂在Ｑ２３５钢A－ＴIＧ焊中的应用万方数据ｅｔａl.ExｐｅｒｉｍｅnｔａlｉnvｅｓｔｉｇａｔｉｏnｓｏnｔｈｅＳｉＯ２ｆlｕx-ａｓｓｉｓｔｅ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