第8章 金属-熔渣作用
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13
熔渣的不利作用
强氧化性熔渣
使液态金属增氧、侵蚀炉衬; 易残留在金属中形成
大密度或高熔点熔渣
夹渣。
带走热量，增加冶炼能耗。
对于不同的成形工艺过程，应合理选择熔渣 的组成，以控制成形件的质量与生产效益。
14
二、焊接过程中的熔渣
（一） 焊接熔渣的分类 （二） 焊接熔渣的来源
15
（一）焊接熔渣的分类
质。它由多种化合物组成，其性能主要取决于熔
渣的成分和结构。
焊接熔渣：焊接过程中 焊条药皮或焊剂熔化后, 经过一系列化学变化而 形成的覆盖于焊缝表面
焊条电弧焊
的非金属物质。
5
焊条电弧焊过程
6
焊条电弧焊
7
焊丝 熔渣 渣壳
料斗 焊剂
焊缝
熔池
电弧
母材
埋弧焊过程示意图
8
埋弧焊
9
一、熔渣的作用
熔渣的积极作用： 1. 机械保护作用 2. 冶金处理作用 3. 改善成形工艺性能作用
11
2. 冶金处理作用
熔渣与液态金属之间能够发生一系列物化反
应，从而对金属与合金成分产生较大影响。 适当成分的熔渣可以: • 去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱
磷和去氢；
• 吸附或溶解液态金属中的非金属夹杂物；
• 焊接过程中向焊缝过渡合金。
12
3. 改善成形工艺性能作用
• 熔焊过程 适当的熔渣（或焊条药皮）可使电弧 引燃容易、燃烧稳定，减少飞溅，改善脱渣性及 焊缝外观成形等焊接工艺性能； • 电弧炉熔炼 熔渣起到稳定电弧燃烧作用； • 电渣熔炼 熔渣作为电阻发热体重熔并精炼金属 • 浇注过程 采用熔渣保护浇铸可减少铸件和铸型 间的粘合，提高铸件表面质量并降低内应力。
39
三、熔渣的碱度
碱度是熔渣的重要化学性质之一。它与熔渣 的氧化能力、粘度等物化性质密切相关，对 液态金属的脱硫、脱磷效果也有重要影响。
熔渣碱度的分子理论
熔渣碱度的离子理论
40
（一）熔渣碱度的分子理论
按照分子理论，熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化 物与酸性氧化物浓度的比值。即
(R O RO) B RO
氧化物和碱性氧化物生成的盐（如硅酸盐）。
（2）氧化物及其复合物在一定温度下处于平衡 状态。如： CaO SiO 2 CaO SiO 2
升温时复合物易分解(反应向左进行)；生成热效应越大，复合 物越稳定(氧化物越易结合)，如强酸性与强碱性氧化物易结合 .
33
（3）只有渣中的自由氧化物才能与液体金属和 其中的元素发生作用。如：硅酸铁 (FeO)2· SiO2
钛钙型
钛铁矿型 氧化铁型
25.1
29.2 40.4
30.2
14.0 1.3
3.5
1.1 4.5
9.5
15.6 22.7
13.7
26.5 19.3
8.8
8.7 1.3
5.2
1.3 4.6
1.7
1.4 1.8
2.3
1.1 1.5
—
— —
0.76
0.88 0.60
-0.9
-0.1 -0.7
纤维素型
低氢型
34.7
•碱度可调范围广
•易添加合金元素 •有利于改善工艺
•主要用于堆焊
和高强钢、不 锈钢焊接 25
•应用最普遍
•HJ431, HJ250
性能和力学性能
•推广应用前景好
包装：ຫໍສະໝຸດ Baidu织袋、纸袋、铁桶等
低锰中硅中氟 HJ250
低锰高硅中氟 HJ260
中锰高硅低氟 HJ330
中锰中硅中氟 HJ350
高锰高硅低氟 HJ431
盐为主，一般不含CaF2，含少量碳酸盐和有机物。
22
表8-1 焊条电弧焊熔渣的化学成分举例
熔渣化学成分（%） 焊条类型 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO CaO MgO Na2O K2O CaF2 钛型 23.4 37.7 10.0 6.9 11.7 3.7 0.5 2.2 2.9 — Ｂ１ 0.43 Ｂ２ -2.0 熔渣碱度
元素的高合金钢。
17
2. 盐—氧化物型熔渣
• 主要成分 氟化物和金属氧化物。如：
CaF2 – CaO – Al2O3
CaF2 – CaO – SiO2
CaF2 – MgO – Al2O3 – SiO2 • 特点 氧化性较小，主要用于焊接重要的低
合金高强钢、合金钢及合金。
18
3. 氧化物型熔渣
• 成分 较多的弱碱金属氧化物，如： MnO – SiO2 FeO – MnO – SiO2 CaO – TiO2 – SiO2 • 特点 氧化性较强，应用最为普遍，用于焊 接低碳钢、低合金高强钢。
10
1. 机械保护作用
熔渣的密度一般比液态金属小，高温下浮在液态 金属表面，使之与空气隔离。 避免液态金属中合金元素的氧化烧损； 防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入； 减少液态金属的热损失。 熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以保护 处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。
氧气顶吹转炉
碱性电弧炉
7~14
32
44~54
62
—
5
2~3
3
TFe14~20
0.6
5~8
0.2
30
铸造熔渣除了熔炼过程中形成的以外，还有用于炉 外处理钢液的由人工配制的合成渣，如炉外脱硫脱 磷熔渣、浇注保护熔渣等。
熔体浇注时的保护熔渣
31
第二节 渣体结构及碱度
熔渣的物化性质及其与金属的相互作用，与液态
24.1
17.5
7.0
5.5
1.5
11.9
4.0
14.4
3.5
2.1
35.8
5.8
—
3.8
0.8
4.3
0.8
—
20.3
0.60
1.86
-1.3
0.9
23
2、埋弧焊、电渣焊的熔渣与焊剂
• 焊接过程中，堆积在焊件坡口上方的焊剂受热
熔化，形成熔渣，覆盖在焊接电弧和熔池上方，
对熔化金属起保护和冶金处理作用。
阳离子中Si4＋ 的综合矩最大，而阴离子中O2-的综合矩最大， 二者最易结合为复杂的硅氧阴离子SiO44- 。
38
（3）液体熔渣与金属之间相互作用的过程，
是原子与离子交换电荷的过程。如： Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]
Si被还原进入金属，Fe变成离子进入熔渣。
熔渣的离子理论目前尚没有完整的模型， 并且缺乏系统的热力学资料，故在化学冶 金中仍广泛使用分子理论。
• 造渣剂在焊接过程中熔化，形成独立的熔 渣相，覆盖在熔滴与熔池表面。
21
• 不同类型的焊条其药皮组成不同，因而熔渣的
成分相差很大。
碱性焊条 即低氢型焊条，其药皮主要特点是不含
造气有机物，而含大量碳酸盐和一定数量的CaF2。
碳酸盐—造渣 (CaO或MgO)、造气 (CO2)； CaF2—造渣、脱氢。 酸性焊条 (非低氢型焊条) 药皮以硅酸盐或钛酸
（Na2B4O7）等。
29
熔渣类型除了与熔炼材料有关外，还与熔炼方法有
关。不同熔炼方法需要不同的熔渣组成。
表8-2 几种常见钢铁熔炼炉中所形成的熔渣成分 熔炼炉种类 高炉 碱性平炉 酸性平炉 化 学 成 分 （%） SiO2 30~40 10~20 55~60 CaO 35~50 30~50 0~10 Al2O3 5~20 — — MgO 5~10 — — FeO ∠3 10~30 15~40 MnO — 5~20 5~20
• 焊剂与焊丝(或焊带)配套使用。两者的合理匹
配是决定焊缝金属化学成分和力学性能的重要
因素。
焊剂~焊条药皮；焊丝~焊条焊芯
24
焊剂分类（按制造方法）
焊 熔炼焊剂 剂 非熔炼焊剂 烧结焊剂
400 ～ 1000℃
烘焙温 度不同
粘结焊剂
400℃ 以下 •易于实现焊缝 金属的合金化
•炉内熔炼、水冷
粒化、烘干筛选 •氧化物和氟化物
三、熔炼过程中的熔渣
钢铁熔炼熔渣
• 熔渣主要成分： SiO2、CaO、Al2O3 、FeO、
MgO、MnO 等氧化物和少量CaF2
原材料带入的泥沙或铁锈； •炼钢熔渣成分来源：
加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、铁矾 浸蚀下来的炉衬耐火材料； 脱氧、脱硫产物。
生铁或废钢原材料所含合金元素在熔炼过程中 由于氧化而形成的氧化物；
焊接熔渣按其成分可分三类：
盐型熔渣 盐—氧化物型熔渣
氧化物型熔渣
16
1. 盐型熔渣
• 成分 金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物。 如：CaF2 – NaF 、 CaF2 – BaCl2 – NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF • 特点 氧化性很小。主要用于焊接铝、钛等活 性金属。在某些情况下，也可用于焊接含活性
中的 FeO 不能参与下述反应
（FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO • 优点：分子理论能简明、定性地解释熔渣与金 属的冶金反应，应用广泛。
• 缺点：无法解释熔渣的电化学性质，如导电性
等问题。
34
二、熔渣结构的离子理论
（1）液态熔渣是由正离子和负离子组成的 电中性溶液。
根据元素负电性的大小，正负离子有三种形式:
简单正离子 K+、Ca2+、Mn2+、Mg2+和Fe2+等 简单负离子 F-、O2-和S2-等 复合负离子 SiO44-、PO43-和A13O75-等
35
（2）离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决 于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。 离子的综合矩越大，说明它的静电场越强，与异
号离子的引力越大。
材料成型基础 第八章 液态金属与熔渣的相互作用
第八章 液态金属与熔渣的相互作用
1
第八章 液态金属与熔渣的相互作用
第一节 渣相的作用与形成
第二节 渣体结构及碱度
第三节 渣相的物理性质 第四节 活性熔渣对金属的氧化
2
本 章 要 求
• 了解熔渣的碱度、熔渣的氧化性、长渣与短渣
等基本概念及相关知识
• 熟悉熔渣的作用及分类、熔渣的主要物理性质
及其对焊接质量的影响
• 掌握熔渣结构的分子理论、熔渣的酸碱性与氧
化性之间关系，以及影响熔渣氧化性的因素
• 能正确分析碱性焊条对铁锈和氧化皮比较敏感 及其焊缝含氧量较低的原因
3
第一节 渣相的作用与形成
一、熔渣的作用 二、焊接过程中的熔渣 三、熔炼过程中的熔渣
4
熔
渣
熔渣是指包覆在熔融金属表面的玻璃质非金属物
阳离子中Si4＋ 的综合矩最大，阴离子中O2-的综 合矩最大，所以二者最易结合为复杂的硅氧阴离 子SiO44- 。 硅氧阴离子的结构越复杂，其尺寸越大。
37
表8-3
离子 K＋ Na＋ Ca2＋ Mn2＋ Fe2＋ Mg2＋ Mn3＋ Fe3＋ 离子半径 /nm 0.133 0.095 0.106 0.091 0.083 0.078 0.070 0.067
2 2
碱性氧化物摩尔分数 酸性氧化物摩尔分数
• 碱性氧化物：K2O, Na2O, CaO, MgO, MnO, FeO • 酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等 • 中性氧化物: Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等
19
（二）焊接熔渣的来源与构成
1. 焊条电弧焊的熔渣与药皮 2. 埋弧焊、电渣焊的熔渣与焊剂
20
1、焊条电弧焊的熔渣与药皮
• 熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。包括：
钛铁矿(TiO2· FeO)、金红石(TiO2)、大理石 (CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)、石英砂 (SiO2)、长石、白泥和云母(SiO2· Al2O3)等。
熔渣的内部结构存在密切的关系。 关于液态熔渣的结构，目前存在两种理论，即 分子理论和离子理论。
熔渣结构的分子理论 熔渣结构的离子理论 熔渣的碱度
32
一、熔渣结构的分子理论
（1）液态熔渣由自由状态化合物和复合状态化
合物的分子所组成。前者包括氧化物、氟化物、
硫化物的分子等（如SiO2、CaO），后者是酸性
土（铝土矿）、粘土砖块等；
作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等；
28
有色金属熔炼熔渣
主要来源于熔剂。用于除气、脱氧或去夹杂的
熔剂品种繁多。如：
铝合金精炼时采用以NaCl、KCl为主的多种氯化
盐混合成低熔点的熔剂；
铜合金精炼时常用的熔剂有木炭、苏打(Na2CO3)、
玻璃（Na2O· CaO· 6SiO2）、石灰（CaO）和硼砂
正、负离子的综合矩
离子 Ti4＋ Al3＋ Si4＋ FPO43S2SiO44O2离子半径 /nm 0.068 0.050 0.041 0.133 0.276 0.174 0.279 0.132 综合矩×102 （静库/cm） 28.2 28.8 47.0 3.6 5.2 5.6 6.9 7.3
综合矩×102 （静库/cm） 3.61 5.05 9.0 10.6 11.6 12.9 20.6 21.5
氟碱型
SJ101
26
• 焊剂及熔渣成分
焊剂成分：主要由大理石、石英、萤石等矿石和 钛白粉等化学物质组成。
熔渣成分：主要由SiO2、Al2O3、MnO、CaO、
MgO、CaF2等组成。
酸性熔炼焊剂应用较多，它配以适当的焊丝，广
泛用于碳钢和低合金结构钢的焊接。 中性和碱性熔炼焊剂则用于高强钢焊接。
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熔渣的不利作用
强氧化性熔渣
使液态金属增氧、侵蚀炉衬; 易残留在金属中形成
大密度或高熔点熔渣
夹渣。
带走热量，增加冶炼能耗。
对于不同的成形工艺过程，应合理选择熔渣 的组成，以控制成形件的质量与生产效益。
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二、焊接过程中的熔渣
（一） 焊接熔渣的分类 （二） 焊接熔渣的来源
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（一）焊接熔渣的分类
质。它由多种化合物组成，其性能主要取决于熔
渣的成分和结构。
焊接熔渣：焊接过程中 焊条药皮或焊剂熔化后, 经过一系列化学变化而 形成的覆盖于焊缝表面
焊条电弧焊
的非金属物质。
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焊条电弧焊过程
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焊条电弧焊
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焊丝 熔渣 渣壳
料斗 焊剂
焊缝
熔池
电弧
母材
埋弧焊过程示意图
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埋弧焊
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一、熔渣的作用
熔渣的积极作用： 1. 机械保护作用 2. 冶金处理作用 3. 改善成形工艺性能作用
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2. 冶金处理作用
熔渣与液态金属之间能够发生一系列物化反
应，从而对金属与合金成分产生较大影响。 适当成分的熔渣可以: • 去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱
磷和去氢；
• 吸附或溶解液态金属中的非金属夹杂物；
• 焊接过程中向焊缝过渡合金。
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3. 改善成形工艺性能作用
• 熔焊过程 适当的熔渣（或焊条药皮）可使电弧 引燃容易、燃烧稳定，减少飞溅，改善脱渣性及 焊缝外观成形等焊接工艺性能； • 电弧炉熔炼 熔渣起到稳定电弧燃烧作用； • 电渣熔炼 熔渣作为电阻发热体重熔并精炼金属 • 浇注过程 采用熔渣保护浇铸可减少铸件和铸型 间的粘合，提高铸件表面质量并降低内应力。
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三、熔渣的碱度
碱度是熔渣的重要化学性质之一。它与熔渣 的氧化能力、粘度等物化性质密切相关，对 液态金属的脱硫、脱磷效果也有重要影响。
熔渣碱度的分子理论
熔渣碱度的离子理论
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（一）熔渣碱度的分子理论
按照分子理论，熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化 物与酸性氧化物浓度的比值。即
(R O RO) B RO
氧化物和碱性氧化物生成的盐（如硅酸盐）。
（2）氧化物及其复合物在一定温度下处于平衡 状态。如： CaO SiO 2 CaO SiO 2
升温时复合物易分解(反应向左进行)；生成热效应越大，复合 物越稳定(氧化物越易结合)，如强酸性与强碱性氧化物易结合 .
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（3）只有渣中的自由氧化物才能与液体金属和 其中的元素发生作用。如：硅酸铁 (FeO)2· SiO2
钛钙型
钛铁矿型 氧化铁型
25.1
29.2 40.4
30.2
14.0 1.3
3.5
1.1 4.5
9.5
15.6 22.7
13.7
26.5 19.3
8.8
8.7 1.3
5.2
1.3 4.6
1.7
1.4 1.8
2.3
1.1 1.5
—
— —
0.76
0.88 0.60
-0.9
-0.1 -0.7
纤维素型
低氢型
34.7
•碱度可调范围广
•易添加合金元素 •有利于改善工艺
•主要用于堆焊
和高强钢、不 锈钢焊接 25
•应用最普遍
•HJ431, HJ250
性能和力学性能
•推广应用前景好
包装：ຫໍສະໝຸດ Baidu织袋、纸袋、铁桶等
低锰中硅中氟 HJ250
低锰高硅中氟 HJ260
中锰高硅低氟 HJ330
中锰中硅中氟 HJ350
高锰高硅低氟 HJ431
盐为主，一般不含CaF2，含少量碳酸盐和有机物。
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表8-1 焊条电弧焊熔渣的化学成分举例
熔渣化学成分（%） 焊条类型 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO CaO MgO Na2O K2O CaF2 钛型 23.4 37.7 10.0 6.9 11.7 3.7 0.5 2.2 2.9 — Ｂ１ 0.43 Ｂ２ -2.0 熔渣碱度
元素的高合金钢。
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2. 盐—氧化物型熔渣
• 主要成分 氟化物和金属氧化物。如：
CaF2 – CaO – Al2O3
CaF2 – CaO – SiO2
CaF2 – MgO – Al2O3 – SiO2 • 特点 氧化性较小，主要用于焊接重要的低
合金高强钢、合金钢及合金。
18
3. 氧化物型熔渣
• 成分 较多的弱碱金属氧化物，如： MnO – SiO2 FeO – MnO – SiO2 CaO – TiO2 – SiO2 • 特点 氧化性较强，应用最为普遍，用于焊 接低碳钢、低合金高强钢。
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1. 机械保护作用
熔渣的密度一般比液态金属小，高温下浮在液态 金属表面，使之与空气隔离。 避免液态金属中合金元素的氧化烧损； 防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入； 减少液态金属的热损失。 熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以保护 处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。
氧气顶吹转炉
碱性电弧炉
7~14
32
44~54
62
—
5
2~3
3
TFe14~20
0.6
5~8
0.2
30
铸造熔渣除了熔炼过程中形成的以外，还有用于炉 外处理钢液的由人工配制的合成渣，如炉外脱硫脱 磷熔渣、浇注保护熔渣等。
熔体浇注时的保护熔渣
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第二节 渣体结构及碱度
熔渣的物化性质及其与金属的相互作用，与液态
24.1
17.5
7.0
5.5
1.5
11.9
4.0
14.4
3.5
2.1
35.8
5.8
—
3.8
0.8
4.3
0.8
—
20.3
0.60
1.86
-1.3
0.9
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2、埋弧焊、电渣焊的熔渣与焊剂
• 焊接过程中，堆积在焊件坡口上方的焊剂受热
熔化，形成熔渣，覆盖在焊接电弧和熔池上方，
对熔化金属起保护和冶金处理作用。
阳离子中Si4＋ 的综合矩最大，而阴离子中O2-的综合矩最大， 二者最易结合为复杂的硅氧阴离子SiO44- 。
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（3）液体熔渣与金属之间相互作用的过程，
是原子与离子交换电荷的过程。如： Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]
Si被还原进入金属，Fe变成离子进入熔渣。
熔渣的离子理论目前尚没有完整的模型， 并且缺乏系统的热力学资料，故在化学冶 金中仍广泛使用分子理论。
• 造渣剂在焊接过程中熔化，形成独立的熔 渣相，覆盖在熔滴与熔池表面。
21
• 不同类型的焊条其药皮组成不同，因而熔渣的
成分相差很大。
碱性焊条 即低氢型焊条，其药皮主要特点是不含
造气有机物，而含大量碳酸盐和一定数量的CaF2。
碳酸盐—造渣 (CaO或MgO)、造气 (CO2)； CaF2—造渣、脱氢。 酸性焊条 (非低氢型焊条) 药皮以硅酸盐或钛酸
（Na2B4O7）等。
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熔渣类型除了与熔炼材料有关外，还与熔炼方法有
关。不同熔炼方法需要不同的熔渣组成。
表8-2 几种常见钢铁熔炼炉中所形成的熔渣成分 熔炼炉种类 高炉 碱性平炉 酸性平炉 化 学 成 分 （%） SiO2 30~40 10~20 55~60 CaO 35~50 30~50 0~10 Al2O3 5~20 — — MgO 5~10 — — FeO ∠3 10~30 15~40 MnO — 5~20 5~20
• 焊剂与焊丝(或焊带)配套使用。两者的合理匹
配是决定焊缝金属化学成分和力学性能的重要
因素。
焊剂~焊条药皮；焊丝~焊条焊芯
24
焊剂分类（按制造方法）
焊 熔炼焊剂 剂 非熔炼焊剂 烧结焊剂
400 ～ 1000℃
烘焙温 度不同
粘结焊剂
400℃ 以下 •易于实现焊缝 金属的合金化
•炉内熔炼、水冷
粒化、烘干筛选 •氧化物和氟化物
三、熔炼过程中的熔渣
钢铁熔炼熔渣
• 熔渣主要成分： SiO2、CaO、Al2O3 、FeO、
MgO、MnO 等氧化物和少量CaF2
原材料带入的泥沙或铁锈； •炼钢熔渣成分来源：
加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、铁矾 浸蚀下来的炉衬耐火材料； 脱氧、脱硫产物。
生铁或废钢原材料所含合金元素在熔炼过程中 由于氧化而形成的氧化物；
焊接熔渣按其成分可分三类：
盐型熔渣 盐—氧化物型熔渣
氧化物型熔渣
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1. 盐型熔渣
• 成分 金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物。 如：CaF2 – NaF 、 CaF2 – BaCl2 – NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF • 特点 氧化性很小。主要用于焊接铝、钛等活 性金属。在某些情况下，也可用于焊接含活性
中的 FeO 不能参与下述反应
（FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO • 优点：分子理论能简明、定性地解释熔渣与金 属的冶金反应，应用广泛。
• 缺点：无法解释熔渣的电化学性质，如导电性
等问题。
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二、熔渣结构的离子理论
（1）液态熔渣是由正离子和负离子组成的 电中性溶液。
根据元素负电性的大小，正负离子有三种形式:
简单正离子 K+、Ca2+、Mn2+、Mg2+和Fe2+等 简单负离子 F-、O2-和S2-等 复合负离子 SiO44-、PO43-和A13O75-等
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（2）离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决 于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。 离子的综合矩越大，说明它的静电场越强，与异
号离子的引力越大。
材料成型基础 第八章 液态金属与熔渣的相互作用
第八章 液态金属与熔渣的相互作用
1
第八章 液态金属与熔渣的相互作用
第一节 渣相的作用与形成
第二节 渣体结构及碱度
第三节 渣相的物理性质 第四节 活性熔渣对金属的氧化
2
本 章 要 求
• 了解熔渣的碱度、熔渣的氧化性、长渣与短渣
等基本概念及相关知识
• 熟悉熔渣的作用及分类、熔渣的主要物理性质
及其对焊接质量的影响
• 掌握熔渣结构的分子理论、熔渣的酸碱性与氧
化性之间关系，以及影响熔渣氧化性的因素
• 能正确分析碱性焊条对铁锈和氧化皮比较敏感 及其焊缝含氧量较低的原因
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第一节 渣相的作用与形成
一、熔渣的作用 二、焊接过程中的熔渣 三、熔炼过程中的熔渣
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熔
渣
熔渣是指包覆在熔融金属表面的玻璃质非金属物
阳离子中Si4＋ 的综合矩最大，阴离子中O2-的综 合矩最大，所以二者最易结合为复杂的硅氧阴离 子SiO44- 。 硅氧阴离子的结构越复杂，其尺寸越大。
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表8-3
离子 K＋ Na＋ Ca2＋ Mn2＋ Fe2＋ Mg2＋ Mn3＋ Fe3＋ 离子半径 /nm 0.133 0.095 0.106 0.091 0.083 0.078 0.070 0.067
2 2
碱性氧化物摩尔分数 酸性氧化物摩尔分数
• 碱性氧化物：K2O, Na2O, CaO, MgO, MnO, FeO • 酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等 • 中性氧化物: Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等
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（二）焊接熔渣的来源与构成
1. 焊条电弧焊的熔渣与药皮 2. 埋弧焊、电渣焊的熔渣与焊剂
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1、焊条电弧焊的熔渣与药皮
• 熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。包括：
钛铁矿(TiO2· FeO)、金红石(TiO2)、大理石 (CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)、石英砂 (SiO2)、长石、白泥和云母(SiO2· Al2O3)等。
熔渣的内部结构存在密切的关系。 关于液态熔渣的结构，目前存在两种理论，即 分子理论和离子理论。
熔渣结构的分子理论 熔渣结构的离子理论 熔渣的碱度
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一、熔渣结构的分子理论
（1）液态熔渣由自由状态化合物和复合状态化
合物的分子所组成。前者包括氧化物、氟化物、
硫化物的分子等（如SiO2、CaO），后者是酸性
土（铝土矿）、粘土砖块等；
作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等；
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有色金属熔炼熔渣
主要来源于熔剂。用于除气、脱氧或去夹杂的
熔剂品种繁多。如：
铝合金精炼时采用以NaCl、KCl为主的多种氯化
盐混合成低熔点的熔剂；
铜合金精炼时常用的熔剂有木炭、苏打(Na2CO3)、
玻璃（Na2O· CaO· 6SiO2）、石灰（CaO）和硼砂
正、负离子的综合矩
离子 Ti4＋ Al3＋ Si4＋ FPO43S2SiO44O2离子半径 /nm 0.068 0.050 0.041 0.133 0.276 0.174 0.279 0.132 综合矩×102 （静库/cm） 28.2 28.8 47.0 3.6 5.2 5.6 6.9 7.3
综合矩×102 （静库/cm） 3.61 5.05 9.0 10.6 11.6 12.9 20.6 21.5
氟碱型
SJ101
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• 焊剂及熔渣成分
焊剂成分：主要由大理石、石英、萤石等矿石和 钛白粉等化学物质组成。
熔渣成分：主要由SiO2、Al2O3、MnO、CaO、
MgO、CaF2等组成。
酸性熔炼焊剂应用较多，它配以适当的焊丝，广
泛用于碳钢和低合金结构钢的焊接。 中性和碱性熔炼焊剂则用于高强钢焊接。
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