烧结焊剂的冶金过程以及工艺
氟碱型烧结焊剂在埋弧焊工艺发展道路上，经历了逐渐被认可而后满意的工程应用过程，近年来所占焊材市场份额越来越多。接下来小编简单介绍一篇优秀冶金论文。
摘要：探讨了氟碱型烧结焊剂冶金过程、电弧行为及工艺质量的控制。结果表明，在该焊剂的埋弧焊熔滴反应区，主要是渗硅氧化和锰元素的氧化烧损。在熔池的结晶部分冶金反应生成CO气体，是焊缝中不可避免地出现气孔或凹坑的重要原因。焊剂的埋弧焊电弧形态应属于连续、非活动型，而熔滴过渡则是呈典型的渣壁过渡形态。在焊缝压坑产生的诸多影响因素中，焊剂中水分的影响是该缺陷产生的内因，其他参数的影响则是外因。以减小焊缝中凹坑倾向为目标的控制方法，思路合理，针对性明确。
关键词：冶金过程;工艺质量;烧结焊剂;凹坑;控制
前言
然而并不是在所有的情况下该焊剂均能适应工程需求，在一些情况下，焊缝压痕、凹坑敏感性比较大，与个别牌号焊丝匹配时还出现熔敷金属抗拉强度偏低、不达标等现象。上述工艺质量问题的出现与焊剂的冶金过程相关，而焊剂的冶金过程亦与埋弧焊的电弧特性及熔滴过渡密不可分。迄今为止，介绍埋弧焊电弧和冶金特性较经典的文献，也仅限于上世纪80年代出版的有数几本[1-3]，进入本世纪以来，具有创新理论的相关文献甚少。为此，本文特意将氟碱型烧结焊剂(SJ101)的冶金过程、电弧行为与焊剂的工艺质量相联系，探讨焊剂的工艺质量影响因素和控制方法。该项研究对深入了解烧结焊剂的冶金机理，合理选用焊剂和匹配工艺，乃至开启焊剂性能改进新思路，具有一定的参考意义和实用价值。
1 氟碱型烧结焊剂的冶金过程
1.1 电弧空腔内的冶金过程
表1列出了埋弧焊试样的焊丝和熔敷金属化学成分实测结果。其中，试验条件：I=550～620 A，U=28～30 V，可以看出，与焊丝成分相比，熔敷金属成分中的Mn和C的含量减少了，而Si的含量增加了(P和S含量也有变化)。这是由于在氟碱型渣系中含有少量的SiO2。在熔滴反应区可能发生了下列反应：
上述3式均属于渗硅反应，但(2)式是典型的渗Si增氧反应，(3) 式是熔滴中的碳与熔渣中的SiO2反应可能生成CO气体。(1)式是焊丝中锰元素的氧化烧损反应，由于焊剂渣中加入(MnO)较少，锰的过渡系数通常不高，约为0.60左右，可以反映Mn氧化反应进行的激烈程度。
在熔滴反应区，主要是渗硅氧化和锰元素的氧化烧损反应，而且进行得比较激烈。在熔池反应区，上述反应也可能进行，但反应的激烈程度可能较弱。埋弧焊电弧空腔内充满了焊丝、焊剂熔化和加热后产生的气体(含金属和非金属矿物蒸汽)。
1.2 熔池反应区的冶金过程
在熔池金属与熔化的熔渣间进行下列冶金过程：式中 [FeO]——平衡时FeO在熔池金属中的浓度;
(FeO)——平衡时FeO在熔渣中的浓度;
L (T ) ——分配常数，其数值决定于温度、溶质FeO、熔池和熔渣两相的物理特性。
熔渣中的(FeO)向熔池金属中[FeO]转移，即发生：[FeO]←(FeO)过程，此为扩散氧化。该过程使熔池金属氧化，含氧量增加。熔池金属中的[FeO]向熔渣中(FeO)转移，即发生：[FeO]→(FeO)过程，此为扩散脱氧。该过程使熔池金属含氧量减小，熔池金属被脱氧。
在熔池反应区，或熔池的后部，温度较低，有利于扩散脱氧[FeO]→(FeO)过程的进行。虽然氟碱型焊剂熔渣中(FeO)较少，但氟碱型焊剂熔渣的分配常数L (T )比酸性焊剂熔渣的小，因此该渣系焊剂的扩散氧化倾向比较大，焊剂对铁锈、氧化皮敏感。同时，氟碱型焊剂熔渣中(SiO2)较少，难以与熔渣中(FeO)生成复合化合物，实现扩散脱氧[FeO]→(FeO)过程的可能性很小。
需要指出的是，在熔池的结晶部分可能发生下列反应：
这是该类烧结焊剂焊缝中不可避免地出现气孔或压坑的重要原因。
2 氟碱型烧结焊剂的电弧行为与工艺质量
2.1 电弧形态和熔滴过渡形态
2.1.1 电弧形态
埋弧焊的电弧是掩埋在焊剂之中燃烧的如图1所示，从外部看不到电弧发出的弧光和电弧形态。早期有文献[1]探讨过该种焊接方法的电弧现象。认为电弧是在焊丝周围熔渣围成的“空腔”内燃烧，而且弧柱的一部分侧壁直接与熔渣接触，亦即弧柱部分地被熔渣构成的外壁所包围。因为受到电弧加热的焊剂要产生一些气体，以及熔池金属本身含有的碳与氧结合放出CO气体，因此可以想象在电弧区附近的气体行为是活跃的。但是埋弧焊电弧与气体中的电弧有本质上的差异。实心焊丝CO2 气保护焊时，电弧是在焊丝端头整个截面上产生的，同时熔滴在短路过渡瞬间会出现电弧瞬间熄灭现象，因此实心焊丝的电弧形态属于活动、断续型。而埋弧焊丝熔滴的过渡是沿“空腔”的渣壁向下滑落的，并未出现电弧瞬间熄灭现象，因此该类焊接方法的电弧形态应属于连续、非活动型。
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