1.3.1烧结焊剂的主要特点 5

1.3.2我国烧结焊剂的发展趋势 5

1.3.3国外烧结焊剂的研究现状 6

1.3.4在小坡口埋弧焊过程中出现脱渣困难的问题 7

1.4烧结焊剂渣系以及其脱渣性能 7

1.5本课题主要研究内容 8

第二章焊剂及实验装置的制备 9

2.1引言 9

2.2烧结焊剂渣系及碱度的选择 9

2.2.1烧结焊剂的渣系选择 9

2.2.2烧结焊剂碱度的确定 10

2.3烧结焊剂的制备 10

2.3.1焊剂的组分及作用 10

2.3.2拟定焊剂配方 13

2.3.3烧结焊剂的制作 13

2.4制作评定焊剂脱渣性的落球试验机并制定焊剂脱渣性测试方法 15

2.5焊接设备及焊接工艺参数 17

2.5.1焊接设备 17

2.5.2焊接参数 17

2.6本章小结 18

第三章小坡口埋弧焊焊剂工艺性能实验结果及分析 19

3.1焊剂中各成分对埋弧焊焊接工艺性能的影响结果及分析 19

3.1.1MgO含量对小坡口埋弧焊焊接工艺性能的影响 19

3.1.2Al2O3含量对小坡口埋弧焊焊接工艺性能的影响 21

3.1.3CaF2含量对小坡口埋弧焊焊接工艺性能的影响 22

3.1.4CaCO3含量对小坡口埋弧焊焊接工艺性能的影响 23

3.2焊剂熔渣的热膨胀系数对小坡口埋弧焊焊接工艺的影响 23

3.3焊剂的颗粒度对小坡口埋弧焊焊接工艺的影响 24

3.4焊剂的熔点对小坡口埋弧焊焊接工艺的影响 24

3.5确定焊剂配方 24

3.6焊剂的工艺性能 25

3.6.1焊接参数及板材尺寸 25

3.6.2焊剂的脱渣性 25

3.6.3焊缝成型情况 26

3.6.4焊接接头的金相分析 27

3.6.5焊接接头的显微硬度 28

3.7本章小结 29

结论 31

致谢 32

参考文献 33

第一章绪论

1.1项目背景及研究意义

1930年埋弧焊起源于美国，埋弧焊是一种电弧在焊剂下燃烧以进行焊接的焊接方法，因为焊接过程中电弧始终在焊剂层下进行燃烧，焊接弧光不外露，所以被称为埋弧焊也被称为焊剂层下自动电弧焊或者埋弧自动焊[1]。20世纪50年代以来埋弧焊因其固有的焊接过程稳定、熔敷效率高、没有弧光烟尘污染、自动化程度高等优点，被广泛应用于钢结构建筑、石油管道焊接、锅炉压力容器、机械制造、桥梁建造等行业[2]。近年来随着新材料的研发以及现代工业的迅猛发展，适用于埋弧焊的材料已从碳素结构钢发展到不锈钢、低合金结构钢、铜合金、铝基合金、镍基合金等。自从20世纪90年代，自动化焊接设备、焊接材料、和各种新兴的高效焊接方法在我国有了快速的发展。其总体发展方向大致为：焊接材料利用率的高效化；焊接设备的高度自动化、程序化；焊接过程的高速化。

21世纪80年代以来，随着我国重工业制造业的发展，对中厚板焊接以及大面积钢板拼接的需求急剧增大。在进行大厚板焊接时，随着板厚的不断增大，焊接坡口角度也随之增大。这样不仅增加了焊接工作量，焊丝焊剂的消耗量也明显增加，与此同时还增加了焊接变形量和焊接残余应力，影响焊件质量[3]。因此发展厚板小坡口焊剂的需求日益提升。纵观国外中厚板小坡口的焊接技术主要分为四类：小坡口埋弧焊、激光焊、窄间隙埋弧焊以及厚板深坡口正接极自动焊。小坡口埋弧焊与普通埋弧焊相比，焊接同样厚板所需要的焊接时间和金属填充量明显减少，这样既提高了焊接生产效率还极大降低了生产成本。另一方面小坡口埋弧焊在节约焊接材料的同时也大大减少了焊接残余应力和焊接变形，进而提高了焊件质量。

埋弧焊焊剂是埋弧焊焊接过程中主要消耗品之一，它的作用和手工电弧焊中焊条药皮的作用有很多类似之处。在焊接过程中可以改善焊缝的工艺性能并使熔池与空气隔离对焊接熔池起到了很好的保护作用[4]。焊剂的冶金性能和焊剂的工艺性的优劣能都会决定焊接过后焊缝的质量、焊缝的成型以及各项物理性能的好坏。目前国内生产研发的小坡口埋弧焊焊剂存在的主要问题有：容易吸潮、脱渣性差、焊剂碱度不是很高、熔点低，当焊接线能量过大时焊接工艺性能欠佳。特别是在厚板小坡口焊接时，经常会出现咬边、脱渣困难、焊缝成形性不好等问题，焊接接头的低温韧性也有待进一步提高[5]。特别是在大厚板埋弧焊焊接过程中，底层焊道因其坡口角度小极易粘连焊剂焊渣并且清渣困难。一方面增加了操作工人的劳动强度，另一方面一些颗粒状块状的焊渣夹杂在焊缝中，对焊接接头的各项力学性能产生不利影响。无论是在我国国内还是在美国日本等工业发达的国家,目前对中厚板小坡口埋弧焊的研究大部分还只停留在电流电压等焊接参数的选取和焊条、焊剂的制备等方面，而且国内对烧结焊剂的焊接工艺性能的研究起步比较晚。目前市面上小坡口埋弧焊焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能还有待进一步完善，焊剂脱渣性还需进一步提高，小坡口埋弧焊焊工艺不是很成熟。因此解决小坡口埋弧焊焊接过程中脱渣困难以及小坡口埋弧焊焊剂的适应性问题具有一定的应用价值和理论意义。