钢基体表面堆焊铜合金技术在航空航天领域具有广泛的应用，尤其对提高兵器的性能方面具有重要的意义。本文采用冷体热丝TIG堆焊方法在35CrMnSiA中碳调质钢基体表面堆敷Hs201、CuSi3、B10铜合金，设计并制造了弹带堆焊设备，优化了焊接工艺，满足了堆焊层与基体的性能要求。同时，在分析焊接工艺对温度场分布影响以及电弧作用下熔池流动规律的基础上，系统研究了铜合金中泛铁的分布、形态演变以及泛铁规律。　　发明了电弧热丝方法，建立电弧热丝模型，系统分析了热丝电流、送丝速度对预热温度的影响，分析结果与实验测试值吻合良好。研制了弹带堆焊设备，并研究了堆焊工艺对堆焊层硬度、摩擦磨损性能的影响规律。考察了堆焊工艺对堆焊层剪切、拉伸及冲击韧性的影响，确定了获得良好综合性能堆焊层的最佳堆焊工艺：背部水冷，热丝堆焊，堆焊电流240-270A，堆焊速度160-170mm/min。　　通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和X-射线衍射等微观分析方法对界面区和堆焊层进行分析，利用温度场及熔池流场模拟结果阐明了堆焊层中泛铁的分布、形态演变过程。结果表明：在电弧压力的作用下，熔化基体流向堆焊层两侧，并在那里首先凝固形成泛铁，而液态铜合金流入熔池，造成堆焊层中心与熔池中心泛铁较少；随着焊接电流的增大，泛铁形态由最初的无可见泛铁（I<270A）发展到细小的颗粒状、类树枝状泛铁（I=270A），再发展到大块球状泛铁（I=300A），最后发展到Cu/Fe界面模糊，堆焊层内Cu、Fe相互包覆（I=330A）。采用EDXA方法测量堆焊层内的泛铁量，建立了泛铁量与堆焊电流的变化关系模型，为控制泛铁量给出了依据。结果表明：背部水冷工艺的泛铁量比空冷工艺降低了40％左右；热丝堆焊的泛铁量比冷丝堆焊降低了8.6%。　　由于焊接热输入的增加，在焊接应力的作用下，液态铜降低了原晶界的表面能，使得对钢的晶界进行润湿，从而在钢的晶界处产生晶间渗入现象，随着晶间渗入现象的深入，由于列宾捷尔效应最终产生渗透裂纹。堆焊界面钢侧产生渗透裂纹的情况下，钢基体的抗拉强度下降了78%；延伸率下降了73%。而铜-钢接头拉伸断裂位置均发生在铜侧，其结合强度并没有明显下降，强度薄弱区仍在铜侧。　　通过分析焊接传热过程，采用焊后堆焊层几何参数建立实体模型，利用高斯面热源和堆焊层体热源相结合的复合热源模型，模拟了摆动热源条件下的焊接温度场。结果表明：基体内部各点热循环峰值温度、冷却速度随着距界面距离增加而减小；相同焊接电流时，摆动焊基体表面处热循环峰值温度低于单道焊，冷却速度也小于单道焊；背部水冷焊接时，基体与堆焊层的冷却速度大大提高。模拟值与实测值吻合良好。　　结合温度场模拟结果与电弧压力测量结果，研究了堆焊层与基体熔池内液相的流动规律。结果表明：不论是单一流场还是复合流场，都会在很短的时间内达到稳定状态，在双相流场内，熔化基体从熔池底部向堆焊层两侧运动，液态铜合金由堆焊层顶部进入基体熔池；在流动过程中，接近熔池底部液相的流动速度较小，而堆焊层顶部流动速度较大。熔化的Fe在流场作用下向两侧与堆焊层表面移动，大大影响了弹带的使用性能。因此必须控制热输入以减少铁的熔化量。