熔剂对高频感应堆焊过程的影响——文献学习体会

一、文献概况与技术背景

本文发表于1990年《焊接》第3期，作者蒋家人、赵德生、任凤森来自阜新矿业学院。研究针对高频感应堆焊这一特殊焊接工艺，系统考察了熔剂的种类、性质和加入量对堆焊层形成过程和组织特征的影响。高频感应堆焊是利用高频感应加热使母材表面局部熔化，同时加入焊丝和熔剂进行堆焊的工艺方法，在轧辊修复、矿山机械耐磨件修复等领域有重要应用。

二、高频感应堆焊的工艺特点

高频感应堆焊与普通电弧堆焊相比，具有以下显著特点：

• 加热方式为电磁感应，热输入集中在工件表面浅层，热影响区窄；
• 熔池形成速度快，凝固冷却速率高，有利于获得细晶组织；
• 焊接过程自动化程度高，适合连续化生产；
• 熔剂在焊接过程中发挥多重作用——保护熔池、净化焊缝、调整合金成分、影响凝固组织；
• 熔池成分可通过焊丝和熔剂的配比灵活调整。

三、熔剂的作用机制分析

3.1 熔剂的种类与性质

高频感应堆焊中使用的熔剂通常为碱性或中性氧化物-氟化物-碳酸盐体系，其基本组分为：

• 碱性氧化物（如CaO、MgO）：提高熔渣碱度，促进脱硫脱磷；
• 氟化物（如CaF₂）：降低熔渣熔点，改善熔渣流动性；
• 碳酸盐（如CaCO₃、Na₂CO₃）：作为造渣剂和脱氧剂；
• 合金添加剂（如FeCr、FeW、FeB等）：通过熔渣向熔池传递合金元素，调整堆焊层成分。

3.2 熔剂对堆焊层形成的影响

3.3 熔剂对堆焊层组织的影响

熔剂通过以下途径影响堆焊层的微观组织：

1. 熔渣中的合金元素通过冶金反应进入熔池，改变熔池成分，进而影响凝固组织类型；
2. 熔渣的脱氧能力影响熔池中的氧含量，氧含量过高会导致堆焊层出现氧化夹杂；
3. 熔渣的粘度影响熔池的搅拌效果，粘度适中的熔渣有利于合金元素的均匀分布；
4. 熔渣的冷却速率和凝固行为影响堆焊层表面的凝固组织形态。

四、工艺参数优化建议

基于文献的研究结论，高频感应堆焊中熔剂的选用和优化应遵循以下原则：

• 熔剂碱度应适中，过低则脱硫脱磷能力不足，过高则熔渣粘度增大、流动性变差；
• 熔剂中加入合金添加剂时，需考虑熔渣对合金元素的收得率，通常收得率在60%~80%之间；
• 熔剂加入量应根据焊接速度和堆焊层厚度调整，过多则增加成本且可能引入夹杂，过少则保护不足；
• 熔剂使用前应充分干燥，防止水分引入氢致裂纹和气孔缺陷。

五、学习心得与工程启示

本文虽然发表于1990年，但其对熔剂作用机制的深入分析，至今仍是高频感应堆焊工艺优化的重要理论基础。在实际生产中，熔剂配方和加入量的选择往往依赖经验，缺乏系统的理论指导。本文的研究为熔剂配方的科学设计提供了实验依据。

从工程实践角度看，高频感应堆焊在矿山机械、水泥设备、轧辊修复等领域有广泛应用，但熔剂选用不当导致的堆焊层质量缺陷（如气孔、夹渣、合金收得率低、硬度不均匀等）仍是常见质量问题。本文的研究提示我们，在高频感应堆焊工艺开发中，熔剂不仅是一种辅助材料，更是影响堆焊层成分、组织和性能的关键工艺参数，必须给予足够的重视和系统研究。

对于从事耐磨堆焊技术开发的同行，本文提供了一个重要的研究范式：在高频感应堆焊中，焊丝和熔剂是一个有机整体，两者协同作用决定堆焊层的最终性能。因此，焊丝与熔剂的匹配设计是工艺开发的核心环节，不能孤立地优化单一变量。