图1-2埋弧焊在制造业各领域的应用

1.2.3埋弧焊工艺基础

1.3烧结焊剂的特点及国内外研究现状

1.3.1烧结焊剂的主要特点

埋弧焊焊剂按照制作方法工艺的不同可以分为烧结焊剂、熔炼焊剂和陶质焊剂这三大类。自从我国20世纪70年代大规模推广使用埋弧焊以来，熔炼焊剂的使用率远大于烧结焊剂。烧结焊剂的制作与熔炼焊剂的制作相比减少了焊剂的熔炼过程所以节省了很多的时间和空间。在制作烧结焊剂时必须加入一些碳酸盐、碳素物等造渣物质和一些其他金属矿物质原料。这些矿物质材料在生产和制作的过程中会发生一些特殊的化学反应，这是烧结焊剂的主要特点之一。在烧结焊剂的制作过程中，通过调节各种矿物所占百分比可以改变焊剂的酸碱度。碱性焊剂或者高碱性烧结焊剂可以降低焊缝金属中S、P的含量，给焊缝金属组织创造了更加良好的结晶环境。因为在烧结焊剂的制作过程中可加入各种合金元素，所以可以更方便地调控焊剂组成成分，合理控制焊缝金属中的含氧量[11]。

1.3.2我国烧结焊剂的发展趋势

1.3.3国外烧结焊剂的研究现状

1.4烧结焊剂渣系以及其脱渣性能

通常在实际生产过程中，往往按照焊剂熔渣的酸碱度将其分为碱性焊剂、酸性焊剂和中性焊剂。酸性焊剂的焊接工艺性能优异，焊缝成型美观。但是熔渣主要成分为酸性氧化物，焊缝金属含氧、氢量较高，焊接接头的低温冲击韧度较低。相较之下，碱性焊剂的熔渣主要以氟化钙和碱性氧化物为主，虽然焊接工艺性能不如酸性焊剂，但所焊接的焊缝中含氢量含氧量比较低，焊接接头的冲击韧性高，抗拉强度也较高[20]。目前，烧结焊剂的渣系大致分为：硅钙型、硅锰型、氟碱型、铝碱型和铝钛型这五大类。氟碱型渣系因为配方中含有CaO、MgO、CaF2等碱性氧化物，所以可以通过增加焊剂中的碱性氧化物含量来提高焊剂的碱度[21]。为了使焊缝的各项力学性能达到规范要求，往往增大烧结焊剂的碱度，以此降低焊缝金属中杂质的含量和氧氢含量。所以在桥梁、轴承等重要的焊接结构和对焊缝物理性能要求较高的工件焊接时往往使用碱性焊剂[22]。由于小坡口焊接多用于厚板焊接，对力学性能要求很高，所以较多选用氟碱型渣系。

1.5本课题主要研究内容

本文主要针对小坡口埋弧焊焊接和与其配套的烧结焊剂研发中出现的问题，着重分析小坡口埋弧焊焊剂脱渣性的问题。具体内容如下：

（1）了解小坡口埋弧焊研究现状及其遇到的瓶颈

（2）在焊剂配方满足基本焊接工艺的条件下，通过单一变量试验分析不同成分对埋弧焊焊接工艺影响的规律，从而确定焊剂渣系中MgO、CaF2、TiO2等主要成分的合理百分比的配比范围。

（3）实验围绕熔渣的线性膨胀系数、焊剂的熔化温度、焊剂颗粒度以及焊剂渣系对脱渣率的影响，分析了各个实验参数对焊剂脱渣性产生影响的主次顺序，以此优化小坡口埋弧焊焊剂配方。

（4）研究焊剂的适应性，完善小坡口埋弧焊焊剂，使其拥有更加优异的焊接工艺性能，尤其是良好的脱渣性。并设计改装制作评定烧结焊剂脱渣性的落球试验机，制定了更为科学准确的焊剂脱渣性评定方法。