1．熔炼焊剂的特点
因经过熔炼焊剂化学成分均匀，焊缝成分稳定，受焊接工艺参数影响小。焊剂几乎不吸潮，焊剂容易保管，颗粒强度高。我国目前生产量很大的HJ431就是其中之一，因此，比较容易买到。
熔炼焊剂除硅、锰外，不能向焊缝过渡其他合金元素，制造熔炼焊剂耗能大，且对环境有污染。
2．烧结焊剂的特点
（1）生产条件好,对环境污染小。可连续生产，耗能低。
（2）可以向焊缝过渡合金，采用碱性烧结焊剂时，合金过渡系数高。合金损失少。
（3）在提高焊剂碱度的同时，也可兼顾其工艺性能，碱度可在较大范围内调节。
（4）提高焊剂的碱度，使烧结焊剂的冶金效果更好，降低焊缝中氧、硫、磷的含量，可以获得具有较好的强度、塑性、韧性等综合性能的优质焊缝。
（5）如果不用含SiO2的水玻璃黏结，可以制成无氧烧结焊剂，用于特种合金钢的焊接。
（6）焊剂中加入氧化物、氟化物，可提高焊剂的抗锈性能。
（7）焊剂的松装比较小，一般为0.9-1.2g/cm3，焊接时，焊剂的消耗量较少。
（8）比熔炼焊剂更适合大热输入量及高速焊接。
（9）烧结焊剂为圆形颗粒，易于输送和回收。
（10）与熔炼焊剂相比，吸潮性大，烘干温度高，焊缝成分对焊接工艺参数变动的敏感性大。
3焊剂的工艺性能
（1）电弧稳定性
焊接电弧是两电极间气体介质产生的强烈而持久的放电现象。电弧气氛中电离电位低的气体存在越多，电弧燃烧就越稳定。电弧的温度极高，焊剂成分部分蒸发，电弧蒸气中除熔渣外，还有SiF4、CO、[OH]等气体。熔渣中含有碱性金属氧化物时，在电弧中这些金属氧化物就会参与分解和还原反应而出现很多电离的钾、钠离子。由于K+、Na+的存在，改善了电弧的导电性，从而提高了电弧稳定性。
焊剂成分中除了含有碱性金属氧化物外，还有一些能降低稳弧性的成分，电弧燃烧的稳定性随着电弧气氛中氟离子的增加而降低。氟化物是防止焊缝产生氢气孔的最有效的物质，所以一般焊剂中都含有氟化物。为了保证焊剂的电弧稳定性，在含氟化物的焊剂中适当加入一些碱性金属氧化物，但碱性金属氧化物的增加导致抗气孔性下降。因此在考虑焊剂电弧稳定性时，必须同时考虑氟化物与碱性金属氧化物的相互影响。
当焊剂中含有较多的CaO、MnO、TiO2时，焊剂的电弧稳定性一般能满足焊接的要求，此时不必加入Na2O、K2O等碱性氧化物。TiO2是良好的稳弧剂，不仅能提高熔化速度，而且降低熔渣的表面张力，改善焊剂的综合焊接工艺性能，同时具有提高焊缝金属低温冲击韧性的作用。
（2）脱渣性能
脱渣是焊接工艺性能的重要指标之一。脱渣性能在多层埋弧自动焊时具有特别重要的意义，因为在连续焊接过程中，第二道焊缝往往要在被加热到400℃以上的第一道焊缝上进行焊接，如果此时第一道焊缝的渣壳不能脱落，就很难进行第二道焊缝的焊接。
液态熔渣与正在结晶的焊缝金属表面还要继续进行反应，直到熔渣凝固时为止。反应的产物是在金属表面上形成一层氧化膜，这层氧化膜在一定条件下对渣壳脱落起着决定性的作用。熔渣的氧化性是渣壳与焊缝金属表面黏着的主要因素，如果焊缝金属中存在有对氧具有较大亲和力的元素时，由于选择性的氧化作用，所形成的氧化膜就具有不同的成分和结构。例如焊接含Cr、Ti、Nb和V等元素的钢材时，氧化膜就会富集这些元素的氧化物。温度大于800℃，金属离子的扩散系数比氧化物中氧的扩散系数要大。可以认为这层氧化膜是由于金属中易氧化的金属离子扩散而形成的。产生这些氧化物的反应按下式进行：
R+1/2O2=RO
反应的程度与熔渣的氧化性、熔渣-金属间的界面张力和焊缝上凝固的熔渣在较高的温度下停留时间有关。例如，采用H0Cr21Ni10Nb焊丝进行焊接时，脱渣不好的地方，发现界面邻近区和界面上的NB含量增加，而在焊缝测出现厚度为2-3μm的贫Nb层。采用含Ti的焊丝，使用脱渣良好的焊剂时，焊道表面Ti含量分布比较均匀；使用脱渣不好的焊剂时，焊道表面Ti含量分布不均匀，可能形成局部的聚集，造成熔渣与金属的黏着现象。脱渣不良的渣壳内表面Ti的局部集聚尺寸达3.7μm，黏着渣是由Cr、Ni、Fe的集合物组成，包围在集聚点的外围还有Mn、Mg、Al和Cr的成分，形成尖晶石型结构。例如，（Cr、Ti、Mg、Mn）O•（Cr、Ti、Mn、Al2O3）在相同界面生成这种Nb化合物就会使脱渣恶化。
由此可见，影响焊剂的脱渣性能的因素主要有以下几点：
①熔渣的氧化性
焊剂氧化性对脱渣性能有很大的影响。采用氧化性较大的焊剂焊接含Cr、V的钢材时，脱渣不好，而采用氧化性小的焊剂时，具有良好的脱渣性能，焊缝表面残留较少的胶质点。
焊接含钨合金钢时，由于钨与氧亲和力较小，因此不形成中间氧化膜，所以使用氧化性较大的焊剂进行焊接，也可以获得良好的脱渣性能。
防止在焊缝金属表面生成氧化膜，可以在焊剂中加入活性脱氧剂，使其与液态熔渣中的氧结合，以抑制其氧化作用，防止焊缝表面形成氧化膜，避免熔渣在焊缝表面产生外延共生的矿物体。
如果熔渣中元素的氧化物[MnO]含量较多，则熔池金属中该元素[Mn]的氧化物就少。对氧亲和力强的元素比弱的元素氧化的多。根据这个原则，可以降低那些与氧亲和力很强的元素的氧化强度，其措施就是在焊剂中加入该元素的氧化物。
采用H0Cr19Ni9Ti焊丝配合Al2O3-CaF2-MgO-TiO2渣系焊剂焊接时，具有良好的脱渣性能，但把TiO2成分去掉，脱渣就变坏。采用H08Cr15Ni60Mo15焊丝时，Cr对氧亲和力最大，Ni较小，那么就要在焊剂中加入Cr2O3和NiO，这样即使焊缝在红热的状态，也具有良好的脱渣性能。
焊缝金属中含有活性金属成分时，为了改善脱渣性能，必须根据金属成分来选择合适的焊剂或者在焊剂中加入足够的该活性金属氧化物，减少活性金属的选择性氧化，才能避免产生氧化膜与熔渣产生外延取向共生。
②熔渣的结构
有人在含有Cr、V和Ni的钢材上进行堆焊试验，选用不同氧化性的焊剂来比较，随着中间层熔渣中Cr2O3和V2O5含量的增加，脱渣性能变坏，在焊缝表面上留下很牢固的胶质渣。借助X射线研究发现，在焊缝金属上生成的这种中间黏附渣中具有下列的岩石相：CaF2、5CaO•Al2O3、MgO•Al2O3；（Fe•Mn）O•Cr2O3.中间层主要是以尖晶石（Fe•Mn）O•Cr2O3和（Fe•Mn）O•V2O5成分为主。它们的晶格常数与磁铁矿（Fe3O4）相似，会与α-Fe晶格相连接。由于这个中间层才使熔渣与金属间牢固地黏着。
熔渣-焊缝金属间胶质强度与α-Fe或FeO晶格、钢所含元素的氧化物晶体构造有关。当两种晶格相差很小时，胶质强度大，脱渣性能不好。例如，焊接含Nb、Ti元素的钢材时，由于氧化物TiO、NbO的晶格尺寸与α-Fe的晶格尺寸要比FeO更接近，所以当焊丝或母材中含有Ti、Nb时，就会使脱渣性能变坏。
③熔渣-金属界面的氧化和扩散作用
由于熔渣-金属界面上合金元素选择性氧化和扩散作用，就在金属界面上产生晶格点缺陷（空位）和线缺陷（位错），这些缺陷处就变成熔渣定向结晶的中心，在焊缝金属基础上给这种中间层化合物的晶体外延取向成长造成了有利条件。所以当金属表面上的空位和位错密度提高时，渣壳就不易脱落。
由于熔渣-金属相互反应的结果，比铁对氧具有更大的亲和力的元素向熔渣-金属间相互掺合，生长结构状的熔渣层，使脱渣变坏。增加冷却速度使熔渣的活性下降，避免和减少合金的氧化，或许成为改善此种脱渣不良的方法之一。
④熔渣与金属表面张力
很多试验结果证明，影响脱渣性能的主要元素之一是熔渣与焊缝金属的化学反应，显然熔渣和金属的表面张力以及相间张力对这种化学反应的强弱有很大的影响。因为这两种物理性能决定了液态熔渣对金属的润湿能力。提高相间张力σ金-渣会使熔渣与金属的接触边缘角增大，相应地降低了熔渣对金属的润湿能力，也就降低了化学反应能力，使产生的化学结合力（附着力）降低。
W黏=σ金属+σ熔渣-σ金-渣
式中W黏——熔渣-金属之间的黏着力，dyn/cm（达因/厘米）；
σ金属——金属表面张力；
σ熔渣熔渣的表面张力；
σ金-渣金属与熔渣的界面张力。
焊缝金属与熔渣的表面张力越小，以及它们之间的界面张力越大，W黏越小，脱渣越容易。当W黏大于900dyn/cm时，渣壳与焊缝金属表面黏结牢固，不易脱落。
在研制新焊剂时，应该知道各种氧化物的表面张力σi因数及相间张力σ金-渣和黏着力，计算熔渣和焊缝金属的结合强度，获得良好的熔渣物理性能。
⑤熔渣与金属的线胀系数
焊剂的脱渣性能还与熔渣的线胀系数有关。焊后冷却过程中熔渣与金属的线胀系数相差愈大，氧化膜中间破裂的机会增加，熔渣愈容易脱落。
硅酸盐中Si-O键强度很大，相邻的四面体的连接不规则，各四面体之间几乎不发生作用，因而硅酸盐的线胀系数较小。
在SiO2中加入TiO2后，其线胀系数会不断下降，甚至可达到负值。这是因为[TiO4]四面体进入结构中后，离子键增大，因而结构更牢固。当TiO2含量增大时，Si与Ti之间的氧可能产生较强烈的横向振动，会促使正离子相互接近，因而出现负的线胀系数。
从这一观点出发，焊剂中加入TiO2组分，会改善脱渣性能。氧化物键强度愈小，离子的场强愈小，对线胀系数影响愈大。
低碳钢的线胀系数为（11.9-13）×10-6，高合金钢的线胀系数为（14-18）×10-6.熔渣的线胀系数与被焊金属的差别愈大，脱渣性能愈好。
⑥熔渣的相变应力
熔渣成分中的相变应力对脱渣性能也起到重要作用。SiO2由高温冷却到低温共有四个相变过程，每个过程都发生原子的重新排列，与此同时伴随有体积的变化，产生应力，使中间层破坏。一般SiO2含量较高时，熔渣是容易脱落的。
ZrO2在1100-1200℃时发生晶态的可逆转化，产生相变过程，使体积变化，有利于脱渣。
（3）焊剂成形性能
埋弧焊焊缝成形的质量与焊剂的氧化性、稳弧性、堆积密度、表面张力和熔渣黏度等因素有关。焊缝成形质量主要是以目测来评价的。良好的焊缝成形应该是：焊缝外观整齐，几何尺寸均匀一致，与母材过渡平滑，焊缝表面光滑，没有大的气体压痕、气孔、咬边等缺陷。
①焊剂颗粒度和堆积密度对焊缝形状的影响
焊接过程中焊剂的堆积密度对焊缝表面成形具有一定的影响。焊剂按颗粒结构状态可分为结晶状、玻璃状、浮石状和黏结状焊剂颗粒比较疏松，内部有很多蜂窝孔、空洞。一般评定焊剂堆积密度是以单位容积焊剂的重量来测定，单位为g/cm3或kg/L。
采用堆积密度小的焊剂进行焊接，所得的焊道宽而平，熔深较浅，焊道与母材过渡平滑。采用相同成分的玻璃状焊剂焊接时，焊缝熔深较大，宽度相对变窄。采用含CaF2的浮石状焊剂时，较其他焊剂具有较强的抗气孔性能。
采用堆积密度小的焊剂进行焊接时，由于颗粒较多，空隙多，焊剂的透气性好，弧腔中气压比用堆积密度大的焊剂要小，获得焊缝比较宽，熔深小，不容易产生压痕。当弧腔气压增高时，对焊接熔池加热强烈，焊剂的分解和蒸发消耗热能较大，造成电弧空腔压力增大，电弧长度减小，所以，采用堆积密度大的焊剂焊接时，焊缝较窄，熔深大，焊缝凸起，外观不佳。在焊接热输入大时，使用细颗粒焊剂比使用粗颗粒焊剂效果好。
堆积密度增加容易产生咬边，特别是在高速焊接时，应选择堆积密度较小的焊剂，例如焊接锅炉鳍片管，一般使用SJ501M焊剂，焊速可达70m/h。堆积密度较大的焊剂不宜用于高速焊。
使用细颗粒焊剂，由于具有较小的堆积密度，说明焊剂颗粒间空隙较多，透气性好，有利于气体的排出，可改善电弧的稳定性，使焊缝表面成形良好，有利于减少焊缝表面的压痕。
②焊剂化学成分和黏度对焊缝成形的影响
焊剂化学成分对焊接过程中的冶金反应有很重要的影响。这些反应与熔化金属中析出的气体聚集和分解紧密联系。由于碳的氧化及溶解于金属中的气体析出，使焊接熔池“沸腾”，直接影响焊缝金属的稳定。所以，提高焊剂的氧化性就会影响焊缝的成形。焊剂氧化性愈大，金属中含碳量愈高，其影响愈明显。
例如采用具有不同氧化性的HJ431焊剂，在低碳钢板上施焊，焊接规范相同，经测试电弧稳定性（断弧长度）相同。焊剂中Mn2O3含量不同时，焊缝成形不同，见表1。
使用2#焊剂焊缝波纹较粗，表面有压痕，这是由于产生的气体没有逸出熔渣，而残留在熔渣与尚未凝固的金属表面上，造成圆形压痕。在熔渣背面可以看到一个对应的孔洞（未穿透）。3#焊剂由于具有更大的氧化性，所以焊缝波纹更粗，压痕更多，直径也较大。尽管电弧长度相同，但提高焊剂的氧化性，焊缝表面成形变坏。
碳的氧化程度与熔池金属中的合金元素（Si、Mn）有关。所以焊接16Mn或采用含有Si、Mn焊丝时，焊缝表面成形会得到改善。当焊剂中SiO2含量高时，焊接过程中有助于SiO2的还原，抑制碳的氧化，使焊缝表面波纹细腻光滑。
焊接低碳沸腾钢时，经常出现压痕，是由于钢材中的气体含量过高所致，降低金属中气体就会改善焊缝成形。焊接这类钢材时，应选用熔渣黏度较小的焊剂，改善熔渣的流动性，有利于气体的逸出，减少压痕，获得良好的焊缝成形。但使用熔渣黏度特别低的焊剂时，焊剂熔化量较多，焊接熔池表面压力过大，造成气体逸出困难，气体集中在熔渣下面，使焊缝成形变坏，表面出现压痕。
焊接中等和大厚度的低碳钢板，采用高黏度“短渣”焊剂时，焊缝成形良好。使用“长渣”焊剂时，熔渣层较厚，气体集聚时间较长并生成气泡喷出，造成电弧气氛不稳，容易产生压痕。因此，提高焊剂中Al2O3含量，熔渣黏度变化较慢，易变成“长渣”，焊缝成形不好，而用MgO提高熔渣黏度，使熔渣变成“短渣”，却能改善焊缝成形。熔化温度较高的“短渣”由于黏度急剧上升，熔敷金属摊开性不好，易造成焊缝中间凸起，也容易产生咬边。
熔渣表面张力较小的焊剂，液态金属容易与母材润湿，焊缝与母材过渡平滑，特别是窄间隙坡口焊接时，不容易产生咬边。
③焊缝表面压痕的影响因素
焊缝金属表面的气体压痕是一种常见的表面缺陷，虽然不影响力学性能，但使焊缝表面成形不良。由于焊接熔池中排出的气体呈气泡状停留在液态金属与液态熔渣之间的界面上，而不能及时逸出熔渣层。气泡内气体向四周施以一定的压力，以求达到平衡，气泡压力愈大，留在金属表面上的压痕愈深，而对应的渣壳背面的气孔也愈深愈大，当金属凝固后形成一个压痕。
产生的气泡不能及时排除熔渣主要取决于熔渣的物理性能和上部的压力，即液态熔渣的黏度、表面张力、透气性，特别是上部焊剂层的压力（焊剂堆放厚度）和透气性。产生的气泡如果没有压力或压力很小就不会使金属表面产生压痕。
a．表面张力
对于处在液态金属-熔渣界面上的气泡来说，为使其能较容易地克服熔渣表面张力，而顺利地进入熔渣中并通过熔渣层进入大气，希望熔渣的表面张力愈小愈好。
在SiO2含量较多的焊剂中，加入少量的表面张力因子比SiO2和Al2O3低的TiO2，根据硅酸盐具有的加和性地规律，加入TiO2时，降低了焊剂熔渣的表面张力。因为TiO2也是网络形成剂，在熔渣中形成[TiO4]四面体骨架。部分TiO2代替SiO2不会影响焊剂的工艺性能，也不会降低焊剂的抗锈性能。降低了熔渣的黏度和表面张力，有利于气泡逸出，减少了焊缝表面的压痕。
b．焊剂的碱度
焊剂的碱度高时，焊缝表面也容易产生压痕。CaF2含量过高时，使电弧不稳定，焊缝表面也会产生压痕。
c．生产工艺
烧结焊剂与熔炼焊剂不同，产生压痕的因素较多，主要有以下几个方面：
•材料中化学成分不稳定。
•材料的颗粒度。
•粉剂搅拌不均匀。
•低温烘干温度低，时间短。
•高温烧结温度和时间不能满足工艺要求。
•焊剂排潮效果不好等。
试验证明，焊剂成分对焊缝成形有很大的影响，主要因素是SiO2。SiO2含量低时，焊缝表面不光滑，波纹粗糙，随着SiO2含量的增加，焊缝表面得到改善。
d．焊剂的堆放高度
焊接熔池的压力与焊剂的堆放高度成正比。焊剂堆放俞高，处在金属与熔渣界面上的气泡受上部焊剂施加的压力愈大，气泡愈不能逸出，相对应的气泡内部压力增加，对液态金属表面的压力增大，留下的气泡压痕愈深。所以，在不露电弧的条件下，尽量降低焊剂的堆放高度，以减少压痕。
更多知识请关注河北鑫宇焊业有限公司微信公众号：
