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焊接过程是一个非常复杂的物理化学过程，其特点是反应温度高、时间短，参加反应的各种物相难以达到平衡，因此，关于焊剂组分对焊接工艺性能的影响规律的研究，国内外最常用的仍然是采用大量试验的方法。
烧结焊剂通常由多种矿物质、化工原料和铁合金等组成，是一个多元体系。在焊接过程中，焊剂由固态变为液态是在一定温度区间内进行的。焊剂的熔化特性是指焊剂熔化温度的高低和熔化温度区间的大小。焊剂的熔点是指焊剂开始熔化的温度，又称造渣温度，它可以近似反映实际焊剂熔化的初始状况，对焊接过程的电弧空腔形成及熔渣的粘度和流动性等均有重要影响，可以作为分析焊剂工艺性能的一项指标。
熔化特性的测试和焊接工艺性能的试验
1.试验设备
GX-Ⅲ型高温物性测试仪、MZ(D)-1000型埋弧焊机
2.试验材料及工艺参数
材料：X70管线钢板，化学成分如表1所示；焊丝为H08C，化学成分如表2所示。工艺参数：I＝1000A，U＝31.5V，焊接速度1m/min，焊丝伸出长度28mm。 （图片） （图片） 3.试验方法
焊接完毕后，记录各种成分对稳弧性、脱渣性和成形性等指标的影响，用H45型精密焊接检验尺测量焊缝的余高和熔宽，最后综合比较打分（满分为10分）。
试验选用烧结焊剂中含量较多的镁砂、萤石、氧化铝作为主要组分进行试验。另外，考虑焊剂的脱氧性能和系统的合金化及调整焊剂的碱度，向焊剂中加入适量的硅灰石、锰矿、锆英石、石英、铁合金、稀土和其他物质。
试验结果与分析
采用单因素轮换法测定3种主要组分对焊剂熔化特性、焊接工艺性能的影响，主要记录焊剂软化、熔化温度和熔化温度区间，考察焊缝咬边、焊缝光滑程度、焊缝表面颜色、脱渣性，并测量余高和熔宽以说明熔渣的流动性和铺展性。
1.镁砂对熔化特性和焊接工艺性能的影响
（1）镁砂含量对熔化特性的影响
镁砂含量对软化、熔化温度及熔化温度区间的影响测定结果如图1所示。
（图片）
图1 镁砂对焊剂熔化特性的影响 从图1a中可以看出，在测试范围内，软化温度上升较慢，熔化温度上升较快，因此，对应的图1b中熔化温度区间上升较快。这说明镁砂可以有效地调节熔化温度区间的大小。
（2）镁砂含量对焊接工艺性能的影响
只改变MgO含量的五组焊剂焊接过程电弧稳定，烟雾小，由表3可见，MgO含量为18%时，成形最好；MgO含量少时，熔渣氧化性较大，焊缝被氧化为蓝色；MgO含量过高时，由于其熔点较高，熔渣的流动性较差，焊缝中间出现脊，脱渣性变差，咬边严重。（图片） （3）结果分析
当镁砂含量较少时，熔点低，熔化温度区间小，焊剂的熔化温度区间小，液态熔渣存在的时间就短，因此熔渣与液态金属的接触机会少，熔渣的保护作用也就难以实现；当含量较高时，熔点高，熔化温度区间大，液态熔渣存在时间较长，焊剂完全熔化时的温度已经很高，液态焊剂的粘度会降低，使在熔池和焊接区上覆盖的液态焊剂流失，这样对焊缝的保护也会失败，难以保证焊接质量。镁砂的工艺性能试验结果与以上分析一致，镁砂含量太低或过高都不能得到适宜的熔点和熔化温度区间，对焊缝成形不利。
2.萤石对熔化特性和焊接工艺性能的影响
（1）萤石含量对焊接熔化特性的影响
萤石含量对软化、熔化温度及熔化温度区间的影响测定结果如图2所示。（图片）
图2 萤石对焊剂熔化特性的影响 从图2a中可以看出，在测试范围内，萤石对软化、熔化温度的影响在含量＜20%时是呈单调下降趋势。相对应的图2b中，熔化温度区间的变化幅度不大且温度区间较小。但是当萤石含量＞20%时，熔化温度的变化较复杂，熔化温度区间大致呈单调上升趋势，熔化温度区间较大。
（2）萤石含量对焊接工艺性能的影响
只改变CaF2含量的五组焊剂焊接过程电弧稳定，烟雾小，脱渣性均较好，由表4可见，CaF2含量为18%时，成形最好；CaF2含量少时，熔渣流动性较差，焊缝较窄且咬边严重；CaF2含量过高时，熔滴过稀，电弧“空腔”壁将难以稳定地保持，易使“空腔”破坏，在“空腔”遭到破坏的瞬间，空气将注入电弧区，焊缝出现麻点。五组焊缝随CaF2含量增加而变宽，说明CaF2能改善焊道的铺展性和熔合性。（图片） （3）结果分析
当萤石含量较少时，熔点高，熔化温度区间小，被焊金属熔化时，焊剂才刚刚熔化或尚未完全熔化，不能起到较好的保护作用，冷却时熔渣凝固较早，使溶解在液态金属中的气体不易排出，焊缝表面易形成麻点；当含量较高时，熔化温度区间大，液态熔渣存在时间较长，焊剂完全熔化时的温度已经很高，液态焊剂的粘度会降低，使在熔池和焊接区上覆盖的液态焊剂流失，焊缝成形不良。萤石的工艺性能试验结果与以上分析一致，萤石含量太低或过高都不能得到适宜的熔点或熔化温度区间，焊缝不能得到较好的保护，对成形不利。
3.氧化铝对熔化特性和焊接工艺性能的影响
（1）氧化铝含量对焊接熔化特性的影响
氧化铝含量对软化、熔化温度及熔化温度区间的影响测定结果如图3。
（图片）
图3 氧化铝对焊剂熔化特性的影响 从图3a中可以看出，在测试范围内，氧化铝对软化温度、熔化温度的影响非常明显，都是呈单调上升的，当含量在16%~19%之间时，软化温度和熔化温度随含量的增加上升都很快；当含量在19%~28%时，软化温度和熔化温度上升较缓。
与此对应的图3b中则显示出熔化温度区间与含量的关系，当含量为16%时，熔化温度区间很小，而含量从16%增加到19%时，熔化温度区间急剧上升，随后进一步增加含量，熔化温度区间上升变缓。
（2）氧化铝含量对焊接工艺性能的影响
只改变A12O3含量的五组焊剂焊接过程电弧稳定，烟雾小，由表5可见，A12O3含量为25%时，焊缝表面的鱼鳞波纹细密，焊缝与母材过渡好，成形最好；A12O3含量少时，焊缝一侧咬边严重且部分被氧化为蓝色；A12O3含量过高时，由于其熔点较高，提高了熔渣粘度和熔点，增大熔渣流动阻力，从而降低熔渣的透气性，在焊缝表面产生麻点。随着A12O3含量的增加，脱渣逐渐变易，这是因为A12O3与钢的高温线膨胀系数相差较大，可改善脱渣性。（图片） （3）结果分析
当氧化铝含量较少时，熔点低，当被焊金属熔化时，已经熔化焊剂的粘度会因温度的升高而降低，易使液态焊剂流失，不能形成合适的渣壳，此时会造成成形不良；当含量较高时，焊剂的熔点太高，当被焊金属熔化时，焊剂才刚刚熔化或尚未完全熔化，不能起到较好的保护作用。另外在冷却时熔渣凝固较早，使溶解在液态金属中的气体不易排出，而使焊缝表面形成麻点，严重时易产生表面气孔。氧化铝的工艺性能试验结果与以上分析一致，氧化铝含量过高或太低都不能得到适宜的熔点和熔化温度区间，含量低时成形不好，产生咬边；含量高时产生麻点和咬边。
通过测试焊剂的熔化特性可以良好的预测焊接工艺性能，由此调节各组分含量，使熔点和熔化温度区间满足一定的要求，从而使焊剂在焊接时具有良好的工艺性能。
2/6/2009
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