0 序 言
钛和钢因具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，备受石油化工、航天航空等领域关注. 但是，钛中的主要元素Ti和钢中的主要元素Fe反应将生成FeTi，Fe2Ti脆性化合物，导致钛-钢异质接头发生严重开裂[1-2].因此，要实现钛-钢的异质接头焊接，需要采用过渡层，通过控制Fe和Ti之间的相互反应来达到焊缝的冶金连接. 铜是钛和钢熔焊中最常用的中间层，但是单纯采用铜进行钛-钢异质接头焊接，焊缝中将存在大量的Cu-Ti和化合物，接头韧性较差[3]. Lee等人[4]提出了采用复合型中间层进行钛-钢异质接头焊接的思路. 王廷等人[5-6]在详细分析Cu中间层对Fe-Ti脆性相的抑制作用后，开发出了Cu/V复合层结构，进行钛-钢的电子束焊接. 研究结果表明，当采用Cu/V中间层时，焊缝中Fe-Ti相的含量显著降低，组织分布均匀，接头抗拉强度最高达到了395 MPa[6]. 褚巧玲等人[7]采用Cu/V药芯焊丝进行了TA1/Q345双层复合板的焊接研究，但所得到的焊缝与钢界面处存在着裂纹. 虽然Cu/V中间层在钛-钢异质接头焊接中展现了一定的优势，但是钒作为一种稀贵金属，从成本考虑无法进行大规模的工程应用. 除了钒以外，镍也经常被用于钛-钢的异质接头焊接. 镍与钛反应将生成一系列Ti-Ni化合物，其脆性较Fe-Ti化合物低[8-9].
在钛-钢的异质接头焊接中，除了采用合适的中间层对金属间化合物的含量进行有效控制外，金属间化合物的分布尺寸也显著影响着焊缝的性能.研究表明，金属间化合物具有尺度效应，当合理控制其尺度在微米级以下时，可以作为增强相，起到显著增强材料的塑性和强度的效果[10]. Co，Cr元素作为β-Ti稳定元素[11]，当其加入焊缝时，可以细化β-Ti固溶体和金属间化合物复相组织，从而改善焊缝的性能. 另外，接头的合理设计也可以通过改变母材的熔合比来调整整体焊缝的组织分布，最终达到改善接头性能的目的.
采用自行开发的Cu-Cr-Co-Ni药芯焊丝分别进行碳钢Q235B、纯钛TA1和TA1/Q235B(对接和搭接接头)的钨极氩弧焊(TIG)研究，通过对各个接头的显微组织、相组成和显微硬度进行测量，研究不同接头设计对焊缝组织和性能的影响.
1 试验方法
采 用 纯 钛 TA1(Fe≤0.2%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.15%，O≤0.18%，余量Ti)和碳钢Q235 B(C≤0.20%，Si≤0.35%，Mn≤1.4%，P≤0.045%，S≤0.045%)作为母材，厚度均为2 mm. 采用纯度为 99.99% 的 Cr，Co，Ni，Cu 金属粉 (粒度为 200 目)，以摩尔比 (1∶1∶1∶0.25)混合后与 WC球以等重量填充入尼龙罐中，用酒精为介质并以390 r/min的速度球磨24 h后得到均匀混合的焊丝药芯. 用纯铜(T2)带(0.3 mm × 7 mm)在焊丝拉拔机上制备直径为φ1.6 mm的药芯焊丝.
采用上述药芯焊丝在Q235B，TA1试板上进行堆焊试验，研究焊丝与母材的焊接性，并分析焊缝组织组成；对TA1/Q235B接头(单V45°对接和TA1单V45°搭接)进行TIG焊接试验. 焊接参数为电流45 A，电弧电压17 V，氩气流量20 L/min，背部进行氩气保护. 用线切割制备焊缝横截面试样，并用30%的SiO2溶胶(粒度为150 nm)进行机械+化学抛光，采用4%硝酸酒精溶液和95 mL H2O +25 mL HNO3 + 1 mL HF分别对Q235B和TA1进行侵蚀. 通过SEM(ZEISS EVO/MA25)，EDS和XRD对焊缝组织及相组成进行分析. XRD检测步长为0.01°/s，扫描范围为 30° ～ 100° . 采用 HV-50 硬度仪对接头显微硬度进行测试，选择载荷为0.98 N，间距为0.4 mm，保压10 s.
2 结果与讨论
2.1 TA1/Q235B 堆焊焊缝组织
Cu-Cr-Co-Ni药芯焊丝在TA1，Q235B上堆焊焊缝的组织分布如图1所示. 表1是焊缝中典型区域的EDS检测结果.
图1 TA1/Q235B 堆焊焊缝组织
Fig.1 Microstructures of TA1/Q235B bead-on-plate weld
表1 堆焊焊缝 EDS 检测结果 (原子分数，%)
Table 1 EDS results of TA1/Q235B beading welds
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从图1a可以看出，焊缝与TA1熔合较好，无裂纹缺陷. 焊缝主要由灰色A与白色晶间析出物B组成. 其中，灰色A区域主要由Cu 30.68%，Ti 66.72% 组成，如表 1 所示. 结合 Ti-Cu，Ti-Ni，Ti-Cr，Ti-Co 的二元相图[12]可知，当温度在 790 ℃ 以上时，焊丝元素均溶于β-Ti基体中，随后在790 ℃时发生 β-Ti(Cu，Co，Ni)→α-Ti(s，s)+CuTi2转变，形成α-Ti，CuTi2固溶体. 白色析出物B含有Cu 27.72%，Ti 61.87%，Cr 3.67%，Co 3.55%，Ni 3.18%. 根据相图可知，在960 ℃时将发生L(Ti，Cu)→ CuTi +CuTi2共晶反应，而Cr，Co和Ni元素分别在相应的共析点温度发生转变生成α-Ti + NiTi2 + Cr2Ti +CoTi2混合物.
福州职业技术学院是福建省唯一一所招收聋人大学生的高等院校。从批复办学开始招收广告设计与制作及计算机应用技术两个听障专业，至今已培养了145名聋人大学毕业生，历年毕业生就业率均为100 %，专业对口率100 %，毕业生一般的工资水平在3 500～5 000元。福建省聋人高等教育起步晚、发展快，虽然取得了一定的成绩，但仍然存在缺乏经验、发展规模小、发展水平较低等一系列不可忽视的问题。
图1b为Q235B堆焊焊缝组织，可以看出焊缝与母材熔合较好，无裂纹、气孔等缺陷. 焊缝主要由白色晶间组织C和灰色树枝晶D组成. EDS分析结果显示，C为富Cu相，D为富Fe相. TA1，Q235B堆焊焊缝XRD测试结果如图2所示. 从图2中可以看出，TA1 焊缝主要由 α-Ti(s，s)，CuTi2，CuTi，NiTi2，CoTi2和Cr2Ti化合物组成，Q235B焊缝主要由 Fe(s，s)，Cu(s，s)组成，XRD 测试结果与 SEM和EDS观察结果基本吻合.
永宣年间的青花瓷装饰艺术，受到了异域以及世俗文化的冲击，在装饰纹样以及构图形式上都是别具一格的。这种构图形式主要是以二方连续、四方连续等传统的装饰形式为主。永宣年间青花瓷缠枝纹在借鉴传统的基础之上，还学习西方藏传佛教等异域的装饰方式，构图多以“S”形或者漩涡形等几种形式。“S”形的构图方式就像我们传统道教的太极图。太极循环往复、阴阳相生的特点使得这种构图形式渊源颇深。而这种构图形式在有限的空间中，表现出种类繁多、变化多端、无限循环的装饰特点。
图2 TA1/Q235B 堆焊焊缝 XRD 分析
Fig.2 XRD analysis of TA1/Q235B bead-on-plate weld
图3 TA1/Q235B 对接接头组织
Fig.3 Microstructures of TA1/Q235B butt-welded joints
2.2 TA1/Q235B 接头
2.2.1 TA1/Q235B对接接头组织
TA1/Q235B对接接头的显微组织分布如图3所示，表2为焊缝个别点的EDS检测结果. 从图3a看出，焊缝与TA1和Q235B均结合良好，无裂纹缺陷. 图3b为焊缝与TA1界面处的组织分布，该区域主要由灰白色a和深灰色b组成. 结合EDS结果和Fe-Ti-Cu三元相图[12-13](图4)可知，该区域主要发生L+β-Ti→CuTi2+FeTi包晶反应，最终在快冷作用下形成 β-Ti(s，s)，FeTi和 CuTi2化合物. 图 3c为焊缝区组织分布，焊缝主要由灰白色析出物c，浅灰色d和深灰色基体e组成. 结合EDS结果和Fe-Ti-Cu三元相图可知，Cu在凝固过程中的再分配支配了焊缝的组织组成. 当熔池逐渐冷却时，首先发生共晶转变 L→FeTi+CuTi+τ3 (Ti43Cu57-xFex，21＜x＜24)，形成 FeTi+CuTi+τ3 化合物 (基体 e). 接着，发生另一个共晶转变 L→τ2(Ti40Cu60-xFex，5＜x＜17)+FeTi+Cu(s，s)，形成 τ2+FeTi+Cu(s，s)化合物(d相). 最终，Cu含量最高的c区发生共晶转变生成 Cu(s，s)，CuTi4 和 τ2. 从上面的观察结果可以看出，Cu基药芯焊丝通过在焊缝中生成τ3，τ2金属间化合物和富Cu固溶体，减少了FeTi+Fe2Ti脆性组织的含量，从而改善了接头的韧性. 图3d为焊缝与Q235B界面处的组织分布，熔合区主要由白亮粒状析出物f和细小的粒状组织g构成. 结合EDS分析结果和Fe-Ti-Cu相图可知，白亮粒状析出物f和粒状组织 g 均主要为 Fe(s，s)，Fe2Ti和 Cu(s，s)的混合物，其中白亮析出物f中Cu(s，s)的含量较高.
表 2 TA1/Q235B 对接接头 EDS 检测结果 (原子分数，%)
Table 2 EDS results of butt welded TA1/Q235B joints
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图4 Fe-Ti-Cu 三元相图
Fig.4 Fe-Ti-Cu ternary phase diagram
图5 TA1/Q235B 对接接头 XRD 分析
Fig.5 XRD analysis of TA1/Q235B butt-welded joints
图5 为TA1/Q235B对接接头的XRD分析结果，可以看出，焊缝主要由 Cu(s，s)，Fe(s，s)和 FeTi，Fe2Ti，CuTi，τ3金属间化合物组成. XRD 谱图中未检测到τ2和β-Ti相，推测可能是由于其体积分数较小所致.
同时令D表示所有半长为n的Dyck路的集合，p(∂)表示一个半长为n的Dyck路∂中所含峰的个数。定义集合[1,n]和D的卷积[1,n]×D={(m,∂):m∈[1,n],∂∈D}。
2.2.2 TA1/Q235B搭接接头
TA1/Q235B搭接接头的组织分布如图6所示，相应的EDS检测结果如表3所示. 从图6a接头宏观形貌可以看出，焊缝与母材均熔合较好，无焊接裂纹. 图6b为焊缝与TA1界面处的组织分布，主要由浅灰色枝晶i，灰色ii和过渡带iii组成. 浅灰色枝晶i的化学成分(Ti 67.53%，Fe 13.26%，Cu 14.06%)处于β-Ti+FeTi包晶组织范围内. 灰色ii主要由Ti 66.14%，Fe 3.24%，Cu 28.15%组成，相图成分向富Cu侧移动，因此该区域主要由β-Ti+FeTi+CuTi2组成. 过渡带iii主要为α-Ti. 图6c为焊缝组织分布，主要由亮白色iv和深灰色v树枝晶构成. 根据EDS结果和Fe-Ti-Cu相图，可知iv区域主要由Cu基固溶体，Cu4Ti和τ2化合物组成；v区域具有较高的Cr，Co 和Ni含量(Cr 7.79%，Co 6.54%，Ni 3.65%)，根据相关相图可知，Ti将优先与以上元素发生反应，接着才进行Fe-Ti-Cu反应. 最终，v区主要由Fe，Cu 基固溶体，FeTi，Fe2Ti和 Cr2Ti，CoTi2以及 NiTi2化合物组成. 从图中还可以看出，亮白色树枝晶iv具有和深灰色树枝晶v相当的体积分数，说明焊缝中Cu(s，s)含量较高，这将对改善焊缝的韧性起到重要作用. 图6d为焊缝与Q235B界面处组织分布，主要由亮白色vi和深灰色vii组成. 根据其成分可知，vi主要由 Cu(s，s)+Cu4Ti+τ2组成，而 vii主要由 Fe(s，s)，Cu(s，s)和少量 Fe2Ti组成. 搭接接头与TA1界面处的组织分布与前面对接接头类似，均主要由β-Ti + FeTi + CuTi2组织组成. 两者焊缝区的组织分布存在差异. 由于搭接接头的熔合比较对接接头小，导致焊缝中存在较多的Cu(s，s)，从而起到改善接头性能的作用.
图6 TA1/Q235B 搭接接头组织
Fig.6 Microstructures of TA1/Q235B lap joints
表 3 TA1/Q235B 搭接接头 EDS 检测结果 (原子分数，%)
Table 3 EDS results of TA1/Q235B lap joints
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图7 TA1/Q235B 搭接接头 XRD 分析
Fig.7 XRD analysis of TA1/Q235B lap joints
图7 为搭接接头XRD分析结果，可以看出，焊缝主要由 Cu(s，s)，β-Ti，FeTi，Fe2Ti，CuTi2，Cu4Ti，τ2，τ3组成. Cr2Ti，CoTi2以及 NiTi2化合物由于其体积分数较小，未能在XRD中检测到.
焊接接头显微硬度分布如图8所示. 从图8中可以看出，对接接头的平均硬度为449 HV0.1，最高硬度为705 HV0.1，位于焊缝与Q235B界面处.这与该处FeTi，Fe2Ti脆性化合物的存在有关. 搭接接头的平均硬度为335 HV0.1，最高硬度为562 HV0.1，位于焊缝与TA1界面处. 该处存在FeTi金属间化合物，导致硬度较高. 由此可见，接头设计对TA1/Q235B异质接头的组织和性能影响显著，搭接接头具有较低的硬度分布和开裂倾向.
图8 TA1/Q235B 接头截面硬度
Fig.8 Microhardness of TA1/Q235B joints
3 结 论
(1)采用Cu-Cr-Co-Ni药芯焊丝进行TA1，Q235B试板的TIG堆焊试验，均得到了无缺陷的焊缝.TA1 堆焊焊缝主要由 α-Ti和 CuTi，CuTi2，NiTi2，CoTi2，Cr2Ti金属间化合物组成，Q235B堆焊焊缝主要由富Fe和富Cu固溶体组成.
(2) TA1/Q235B对接和搭接接头组织分布类似，其中TA1界面均由β-Ti，FeTi和CuTi2化合物组成，Q235B界面均由Fe，Cu基固溶体和Fe2Ti化合物组成. 对接焊缝主要由Cu基固溶体，CuTi，FeTi，Cu4Ti，τ2和 τ3化合物组成，而搭接焊缝主要由Cu基固溶体，τ2和Cu4Ti化合物组成. 搭接接头由于熔合比较小，焊缝中Cu(s，s)含量较高.
四季柚苗木种植前应做好：剪、修、浆等工作。剪，就是对四季柚苗木进行定干，以35-40 cm为宜；修，就是柚苗木根部进行整修，剔除挖伤、不合理布局、开裂的根系；浆，就是对根部进行稀泥浆根，可在泥浆中放入少量钙镁磷，泥浆不要太浓，以能粘住根部即可。
(3)搭接接头的平均硬度为335 HV0.1，最高硬度为562 HV0.1，位于TA1界面处；对接接头的平均硬度为449 HV0.1，最高硬度为705 HV0.1，位于Q235B界面.
空栏和车辆消毒。可以使用1∶200～1∶300 的戊二醛或者 1∶100～1∶300的复合酚进行消毒。
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