2.1 焊条电弧焊粗熔滴短路过渡与渣壁过渡

焊条电弧焊时，电弧引燃后，焊芯立即被加热和熔化，随后焊条引弧端的药皮与焊芯接触的内层也开始被加热和熔化，并迅速向药皮外层扩展。由于焊芯直接受电弧的热作用，焊芯的加热熔化和向熔池的过渡超前于药皮，而药皮的熔化是内层超前于外层，这样经过一段很短的电弧过程后，在焊条的端部便形成套筒，此时焊芯、药皮的熔化，以及熔滴的过渡过程保持相对的稳定。

对焊条熔滴行为的观察发现，熔滴具有十分复杂的过渡形态。早期国外的许多学者对焊条电弧焊熔滴过渡形态进行了大量的研究，在他们的著作中提出了焊条电弧焊熔滴的过渡形态不同的观点 ^[1，2] 。作者早年的研究发现熔滴过渡形态与工艺性之间存在联系，并从这一角度研究了焊条金属熔滴过渡的特征，将焊条电弧焊时熔滴过渡形态划分为粗熔滴过渡、渣壁过渡、爆炸过渡和喷射过渡四种类型。这样的分类不仅基本上反映了主要类型焊条电弧焊熔滴行为特征，而且容易建立起熔滴过渡形态与工艺性的直接联系，这一分类作者最早在20世纪80年代提出 ^[3] ，在以后的著作中又做了更深入的分析，进一步提出焊条工艺性设计的理论问题 ^[4] 。

2.1.1 焊条电弧焊粗熔滴短路过渡

1.焊条电弧焊粗熔滴短路过渡现象

对焊条电弧现象的研究主要是通过焊接时高速摄影进行的，为了便于观察，在高速摄影时往往采用适当拉大弧长的操作，这样不仅可以清楚地观察到熔滴的形成、长大和过渡的全过程，同时可以观察到电弧过程中发生的飞溅、烟雾以及电弧行为等诸多物理现象。图2-1所示为选取的钛钙型结构钢焊条在长弧焊时粗熔滴过渡的高速摄影单帧照片，图2-1a是焊芯直径为4mm、药皮外径为6.4mm的E4303焊条，由图可直观地看出，熔滴的短路过渡明显的特征是熔滴体积十分粗大，熔滴的直径明显地超过了焊芯直径，而接近焊条药皮的外径。图2-1b～d的焊条规格为3.2mm，外径为5.1～5.2mm，可以看出熔滴尺寸差不多也接近焊条外径。

应该指出，在正常焊接条件下，钛钙型结构钢焊条不会出现这样的粗大熔滴，尤其当前结构钢焊条产品大都为较细颗粒的短路过渡，典型的大熔滴短路过渡形态很少出现，但低氢型焊条出现大尺寸熔滴并不少见。图2-2所示为低氢型焊条大熔滴过渡过程的实例，可以看出悬挂在焊条端部的熔滴直径有时已接近焊条外径。高速摄影照片中显示的为长弧焊时的情况。熔滴尺寸大、过渡周期长是粗熔滴过渡形态的主要特征。通过连续的高速摄影照片统计，图2-2样品的熔滴过渡频率为3.1s ^-1 。

2.焊条电弧焊粗熔滴短路过渡的飞溅现象

（1）粗熔滴短路过渡引起的电爆炸飞溅 粗熔滴过渡时，由于熔滴粗大，在采用正常弧长焊接的条件下，熔滴向熔池过渡时将与熔池接触，形成短路桥。图2-3所示为熔滴发生短路时形成短路桥的单帧照片，熔滴与熔池发生桥接短路，这是短路过渡又一明显的特征。

大的短路电流通过短路桥极易引起电爆炸飞溅。图2-4所示为焊条电弧焊时熔滴发生短路形成电爆炸飞溅的高速摄影照片。由图2-4a可看出发生电爆炸的过程，在第1～2帧照片形成短路桥，由第3帧照片开始短路桥发生爆炸，第6帧电弧重燃，至第8帧过程结束，爆炸过程持续6ms。而图2-4b短路电爆炸过程（第2～9帧照片）持续了约7ms。从图2-4c可看到另外一种短路爆炸飞溅的情景，当电爆炸发生时其爆炸力未向四周释放，而是沿焊条轴线指向熔池，这时若焊条向焊接方向倾斜，在熔池方向的爆炸力使液态金属猛烈地冲向后方，当液态金属受到已凝固的熔池金属——焊缝的阻碍时，便冲向熔池的上方，形成隆起的液柱（图2-4c第5～7帧照片），当表面张力将隆起的液柱拉回熔池时，在液柱尖端的金属被分离出去（图2-4c8～10帧照片），形成小颗粒飞溅。这种情况在短路形成电爆炸飞溅中并不是个别的现象。

当观察更多短路桥爆炸过程的高速摄影照片时可以发现，多数情况下爆炸不是发生在短路桥形成的初期，也不是发生在短路桥存在的中期，而往往发生在熔滴过渡基本完成、短路桥变得很细的时候，因为这时短路桥的截面积很小，通过很大的短路电流时，电流密度非常大，过细的金属桥瞬间被过热汽化，导致短路桥的爆断引起飞溅。图2-5正是反映这一现象的实际例子，由图可看出，第4、5帧照片熔滴与熔池发生短路并形成短路桥，熔滴的过渡过程持续了约8ms（第5～12帧照片），当熔滴过渡即将完成时可以看到，短路桥变得很细（第11～12帧照片），接着第14帧照片开始短路桥发生了爆炸，爆炸过程进行了约14ms，形成强烈的电爆炸飞溅。

图2-6展示了电爆炸飞溅的又一种情景，从图2-6a、b中可以看到悬挂在焊条端部的大熔滴与熔池刚一接触，熔滴尚来不及在熔池表面铺展开，甚至尚未形成短路桥，就在熔滴与熔池短路的一瞬间，在熔滴与焊条端相连接的细颈处（图中箭头指示处）发生电爆炸（图2-6a、b中第3、4帧照片）。在如图2-7所示的案例中也可清楚地看到，爆炸发生在熔滴与焊条端部相连的截面很小的颈部（图中箭头指示处），爆炸由第4帧照片开始到第6帧照片瞬间完成（图2-7a）。而在图2-7b同样看到，爆炸由第3帧照片开始在第5帧完成，几个实例中爆炸只进行了约1～2ms，过程进行得十分猛烈，其结果是熔滴被破碎，造成严重的飞溅。

举出的这几个实例说明短路电爆炸发生的一个重要的条件，是当有大电流瞬间流过小截面融体时，瞬间使其过热汽化而导致爆炸的发生。图2-5的实例在形式上与图2-6和图2-7中的短路电爆炸飞溅不同，前者是在短路条件下，短路桥发生爆炸引起的飞溅，而后者则是在短路桥并没有形成的条件下，在熔滴与焊芯之间连接的颈缩处发生，但其发生的机理是一样的，都是由于大电流流过小截面熔体，一方面使其被瞬间过热汽化，另一方面大的电流密度产生的大电磁收缩力导致爆炸飞溅，而这两种爆炸行为本质上都是由于电的因素引起的，将它们都称作电爆炸飞溅是名副其实的。

（2）电弧力引起的飞溅 粗熔滴过渡时，当弧长比较长时，熔滴发生激烈偏摆，这时电弧力对熔滴的作用会比较明显地表现出来，作用在熔滴底部的电弧力使熔滴进一步偏离焊条的中心，从而有可能将熔滴从焊条端部推离，造成大颗粒飞溅。图2-8所示为电弧力引起大颗粒飞溅的高速摄影照片，由图可看出，当粗大的熔滴发生偏斜时，作用在熔滴底部的电弧力指向斜上方（第3、4帧照片箭头所指），将大熔滴推离焊接区造成飞溅。

3.焊条电弧焊粗熔滴过渡的电弧行为

焊接时焊芯是电弧的一极，而极性斑点往往处在焊芯端部熔化的金属表面，因此在焊芯端部的熔滴大小、熔滴活动性、熔滴表面覆盖的熔渣的物化性质将对电弧行为产生直接影响。这种影响随着熔滴尺寸的增大而更加明显。图2-9所示为四组反映粗熔滴过渡时电弧行为的照片。图2-9a是显示电弧的极性斑点由熔滴的底部转移到套筒内过程的高速摄影照片，看出在图2-9a中第1、2帧照片中电弧尚处于熔滴的底部，而随着熔滴的过渡，斑点又转移至套筒以内（图2-9a第3～6帧照片），在图2-9b照片中也看出发生了同样的情况，在大熔滴底部的弧根（第1～3帧照片）很快移动到套筒内（第4～6帧照片）。在粗熔滴过渡时，随着熔滴的长大与过渡，电弧斑点在套筒内外反复发生转移现象，从而影响电弧的稳定性。

图2-9c和图2-9d是粗大熔滴发生电弧偏吹现象的照片，电弧极性斑点处于套筒内并被熔滴排挤到套筒的边缘，由于焊条的偏心，使电弧向药皮薄的一侧倾斜。

图2-10是显示电弧活动的一组高速摄影照片，这是在不采用背光的条件下拍摄的，以显示电弧的运动，拍摄速度为1000f/s，照片能够清楚地显示每1/1000s的电弧行为特征。图2-10a、b是E4303焊条在直流反接条件下拍摄的电弧行为照片。从16帧连续的照片中看出电弧并不是沿着焊条的轴线燃烧的，而是产生明显的偏斜，从图2-10a照片中可看出，从第3帧照片开始至第11帧照片电弧向左偏斜，之后又恢复到焊条的中轴线附近（第13～16帧照片）。电弧的偏摆现象是由于多种原因造成的，但主要的还是由于大熔滴的活动引起的。图2-10b、c是交流电弧的照片，在连续的16帧照片中可看出交流电弧周期性变化的特点，照片摄影速度为1000f/s，因此电源在每10帧照片（即10ms）经过半个周期。由图2-10c可以看出，电弧由第3帧燃弧开始电流逐渐增大，电弧逐渐展开至第6～8帧照片最大，而之后又随着电流的减小电弧逐渐收敛，到第11帧、12帧照片半个周期结束时，电流最小，电弧也收敛到最小，接着进行下半个周期。

由图2-10b、c交流电弧的高速摄影照片看出，在每个周期内的每个瞬时电弧电流的大小都发生改变，使电弧形态周期性地扩张和收敛，但没看到交流电弧出现明显的偏摆，电弧保持着很好的挺度。另外交流电弧也不像直流电弧那样容易出现磁偏吹，这些是交流电弧突出的特点。

2.1.2 焊条电弧焊熔滴的渣壁过渡

1.焊条电弧焊熔滴的渣壁过渡现象

所谓渣壁过渡是指焊条电弧焊时，焊条端部的熔化金属或者是埋弧焊时焊丝熔化金属沿着套筒内壁或是熔渣壁表面流向熔池的一种过渡形态。渣壁过渡这一术语最早于1978年由国际焊接学会在熔滴过渡形态分类中提出（表1-2），最初是针对埋弧焊时熔滴沿着焊剂形成的熔渣壁面进行过渡的方式，后来由于高钛型（钛型或金红石型）不锈钢焊条的出现而发现了熔滴过渡的这一特征，于是把这一术语套用在焊条套筒内细熔滴的敷壁过渡行为，并在1985年中国机械工程学会焊接学会编的《焊接词典》中解释了这一概念 ^[5] 。1998年在作者的著作 ^[4] 中将渣壁过渡列为焊条熔滴过渡的四种主要过渡形态之一。

图2-11是焊条电弧焊渣壁过渡的高速摄影单帧照片。熔滴细小是渣壁过渡的主要特征，也是渣壁过渡形成的必要条件，因为细小的熔滴才有可能沿着套筒的某一侧滑落到金属熔池。也正是由于熔滴十分细小，因此当熔滴在焊条端部形成、长大，直到脱离焊芯端部之前，一个熔滴不会占据焊芯的整个端面，焊芯的端面上可能同时存在两个或两个以上的熔滴，这是渣壁过渡所独有的现象，它和粗熔滴过渡时形成鲜明的对照，在粗熔滴过渡时，焊芯的整个端面往往被一个粗大的熔滴所独占。在图2-11a、b的两幅照片中可以看到在焊条端部同时停留着2～3颗熔滴，这是渣壁过渡最为明显的外部特征之一，也是在观察高速摄影影片时最容易看到的情景。

图2-12也是一组反映渣壁过渡特征的单帧照片，可以清楚地看出在焊条端部待下落的小熔滴，同时可以看到熔滴金属通过桥接的形式向熔池过渡的画面。一般钛型不锈钢焊条采用正常焊接参数时熔滴渣壁过渡频率大约为9～11s ^-1 。

E4324高效铁粉结构钢焊条具有完全的渣壁过渡形态，是渣壁过渡形态代表性的焊条之一。图2-13是E4324高效铁粉焊条熔滴进行渣壁过渡过程的连续高速摄影照片，在照片中看到在焊条端部同时存在的两个熔滴先后进行过渡的情景。

图2-14、图2-15是渣壁过渡和粗熔滴过渡焊条端部横截面示意图和渣壁过渡时焊条端部纵截面解析图，它对渣壁过渡和粗熔滴过渡特征进行了解析，解释了熔滴的渣壁过渡过程不形成短路的原理。由图看出，当熔滴沿着套筒内壁滑出套筒边缘并逐渐长大后，熔滴与熔池接触，从高速摄影的照片上看似乎形成了短路桥，但实际上此时金属熔滴在套筒内已经与焊芯端部脱离了（图2-15b）。从图2-16a高速摄影第61～77帧照片可以清楚地看到，当熔滴滑出套筒以外并且与熔池发生桥接时，以及进行金属的过渡的整个过程中，电弧仍然从套筒内“伸出”，电弧一直维持着，电弧的形态也没有任何改变。图2-16b反映了同样的情况，熔滴在整个过渡过程中对电弧行为没有影响。这种情景证明了渣壁过渡时熔滴与焊芯在套筒内相脱离的事实，同时让人们很容易理解渣壁过渡时能够保持电弧很好的挺度的原因。

2.渣壁过渡引起的飞溅现象

由于渣壁过渡熔滴细小，过渡时不会与熔池发生桥接短路，因此也不会出现短路电爆炸飞溅现象。

观察渣壁过渡时经常看到如图2-17所示的飞溅现象，照片中清楚地展示套筒边缘细小的熔体飞离形成的飘离飞溅的情景，它不像爆炸飞溅那样突然间大量的颗粒同时飞散出去。在观察高速摄影的照片时，看到飞散的小颗粒熔体缓慢地飘落出去，根据拍摄速度和熔滴飘离的距离估算，熔滴飘离的速度为0.2～0.5m/s，比喷射过渡时熔滴的飞行速度慢很多。因此在参考文献[4]中曾将其称为“飘离”飞溅。飘离飞溅的发生显然是由于焊条套筒内产生的强大气流将悬挂在套筒缘边的小熔滴（也可能是熔渣滴）吹离造成的。

由于飘离的飞溅物飞行速度比较缓慢，飞溅不那么猛烈，因此对工艺性影响不大，这是渣壁过渡工艺性能大幅度优于粗熔滴过渡的主要原因之一。

2.1.3 粗熔滴过渡与渣壁过渡的形成机制

以上是通过高速摄影观察到的焊条电弧焊时的粗熔滴过渡与渣壁过渡现象。在什么条件下会形成哪种过渡形态呢？要回答这些问题就需要从熔滴过渡形态的形成机制来分析寻找答案。

在电弧焊接时，无论采用任何熔化焊接方法，熔滴都会受到多种力的作用，熔滴究竟以何种形式过渡，取决于多种力的综合作用。由于焊条电弧焊时电流密度相对小得多，因此电的因素形成的作用在熔滴上的力（电磁收缩力、电弧极性斑点压力等）要小得多，甚至可以忽略。根据В.И.嘉特诺夫提出的概念 ^[6] ，在作者设定的条件下，焊条电弧焊时估算出的电磁收缩力的大小仅相当于熔滴表面张力的10%～15%，而极性斑点压力不到1%，因此焊条电弧焊时作用在熔滴上的力主要是由焊条自身因素和物理因素决定的，这一点与各种气体保护焊时不同。

焊条电弧焊时由于药皮的存在和参与，使得焊条电弧焊的化学冶金过程复杂化，焊接过程中焊条药皮在焊条端部形成形态各异的套筒，成为影响熔滴过渡形态的重要物理因素。药皮的影响更主要是通过焊接冶金过程，赋予熔渣和金属熔滴以某些冶金特性和物理特性，直接表现于熔滴过渡时力的因素——表面张力和气体动力的作用，对熔滴的行为产生最重要、最直接影响，并最终决定焊条具有某种特定的熔滴过渡形态及其行为特征。

下面首先讨论粗熔滴过渡和渣壁过渡的形成机制。

1.表面张力对熔滴行为的影响

（1）表面张力的概念和测试方法 为了说明表面张力对熔滴过渡行为的影响，需要对表面张力概念做简要的叙述。

在空气中的一个液滴，因它表面上的分子受到液体内部的引力比外部气体对它的引力大，于是受到指向液体内部引力的作用。表面张力在形式上常常可以看作是在液滴表面切向作用的某一个机械力，其作用的方向和液面相切，作用结果力求使液滴呈最小的表面积，所以如果不受任何外力作用，液体呈球形，以使其自身体积最小。

在垂直位置的电极端面上悬挂着的熔滴，表面张力的作用是使熔滴保持在焊丝的端部，阻止熔滴的过渡[7]，这时保持在熔滴上的力等于浸润周长与表面张力系数的乘积，在平衡状态下与熔滴所受的重力相等，即

2π rσ = mg （2-1）

式中 r ——浸润表面（焊芯端面）的半径；

σ ——表面张力系数。

随着熔滴的不断长大，忽略其他力作用，当重力大于表面张力时熔滴脱落。

这个表面张力平衡式（2-1）与焊接时焊条端部的情况有很大不同，不能反映焊接时的真实情况。实际情况是熔滴的脱离有时不是发生在未熔化的焊芯与熔滴 A — A 的接触面（图2-18a），而是当熔滴在重力的作用下，先是熔滴被拉长，这时熔滴在靠近焊芯端面一定距离的 A ₁ — A ₁ 截面上出现细颈（图2-18b），随着熔滴的进一步长大和重力的进一步增加，在 A ₁ — A ₁ 截面上出现更明显的颈缩，直至将熔滴在此处被拉断。在这种情况下，显然熔滴的实际浸润周长不是焊芯的周长，而是颈缩处截面的周长2π r ₁ ，随着熔滴质量 mg 的增大，颈缩处截面直径2 r ₁ 逐渐减小，实际浸润周长也逐渐减小。对式（2-1）进行如下修正 ^[8] ，使其更接近实际情况：

2π rσψ （ r/V ¹ / 3）= mg （2-2）

式中 r ——焊芯的半径；

V ——液滴的体积；

ψ ——修正系数，由试验测定。

在实际焊条电弧焊条件下，因为当焊条端部存在着套筒时不仅使相界面的情况变得十分复杂，同时套筒内熔化的熔渣包覆在金属熔滴的表面、很大程度上改变了金属熔滴的界面张力的状况，图2-19是焊条套筒内悬滴状况的示意图，图中显示的是当熔滴附着在焊条套筒内壁一侧时悬滴的剖面的状况。

考虑到焊条电弧焊实际焊接时焊条套筒和熔渣的影响，孟庆森教授曾对焊条电弧焊时熔滴表面张力的测试提出了一种新的方法——连续投影悬滴法[9，10]。该方法是在尽量小电流的焊接条件下，以600f/s的速度拍摄熔滴从长大到过渡的全过程，从中选取典型的悬垂于焊条端部的成长到最大尺寸（失稳前）的熔滴图像，这个典型悬滴图像包含了金属熔滴、熔渣和套筒各因素对熔体的综合影响。以这个典型的悬滴图像作为计算表面张力的依据，量取悬滴的相关几何尺寸，进行表面张力的计算。

用悬滴法计算表面张力的公式为

γ =Δ ρgd ² _e / H （2-3）

式中 γ ——熔滴表面张力；

Δ ρ ——液相与外围气氛的密度差，取Δ ρ ≈液相密度 ρ _L ；

d _e ——熔滴水平方向的最大直径；

H ——形状修正系数，即熔滴的拉长度；

g ——重力加速度。

计算时首先在放大的悬滴影像上量取最大横向直径 d _e （图2-20），然后则在熔滴最低点 O 起在垂直方向上量取长度为 d _e ，得到点 a ，由 a 点作水平线得到 d _s ，令 S = d _s /d _e ，然后由 S - H 表查得 H 值 ^[9，11] ，最后代入式（2-3）计算求得表面张力 γ 。

（2）熔滴表面张力的影响因素 熔滴表面张力的大小与熔滴金属的种类和成分有关，根据文献资料在1820K温度下铁液的表面张力为（1250～1860）×10 ^-3 N/m，而当铁液中加入氧等表面活性物质时，表面张力会大幅度下降[12]。如在铁液中含有氧 φ （O）=0.1%，表面张力可以降低到大约900×10 ^-3 N/m。显然，凡是使熔滴增氧的冶金反应都将降低熔滴的表面张力。

焊条电弧焊时，通常存在着熔滴增氧的冶金条件。众所周知，酸性焊条在焊接时进行着如下的渗硅反应：

（SiO ₂ ）+2[Fe]=2（FeO）+[Si]

反应结果是在熔滴渗硅的同时，使熔滴增氧，表面张力明显地降低。这是含有多量硅-铝酸盐矿物的药皮能使熔滴细化的主要原因。

熔滴的表面张力大小除了与熔滴金属成分有关以外，还和表面的接触相有关，当熔滴表面包敷熔渣层时，其表面张力可降低到约500×10 ^-3 N/m。由图2-19看到，在焊条电弧焊条件下，熔滴表面被渣层包裹着，这使金属熔滴的界面张力大幅度减小。熔渣本身的构成对熔滴表面张力有很大影响，熔渣表面张力与其结构关系的理论 ^[13] 认为一般物质的表面张力与其中质点之间的作用力大小有关，也就是与其中的键能的大小有关。一般地说，金属键的键能最大，表面张力也最大；离子键的氧化物CaO、MgO、FeO、MnO、Al ₂ O ₃ 等的键能比较大，表面张力也比较大；具有极性共价键的氧化物，如TiO ₂ 、SiO ₂ 等键能比较小，表面张力也比较小。在熔渣中如果存在着这些键能比较小的氧化物时，由于它们的键能比较低，而被排挤到熔渣的表层，使熔渣表面张力减小。酸性渣中的氧化物SiO ₂ 、TiO ₂ 等会明显降低熔渣的表面张力，而碱性渣中的CaO，MgO等氧化物反而会增大熔渣的表面张力。

根据熔滴的双结构理论 ^{[6，14，15]} ，熔滴的表面张力可以看成是两部分组成的，即熔滴与熔渣界面张力以及熔渣表面张力。当两部分表面（或界面）张力都减小时，作用于熔滴上总的表面张力则减小。这一概念可以用下式表示

γ _D = γ _S + γ _DS （2-4）

式中 γ _D ——熔滴表面张力；

γ _S ——熔渣表面张力；

γ _DS ——金属滴与熔渣界面张力。

因此熔滴表面张力的大小除与熔滴金属的表面张力大小有关外，还取决于熔渣的性质，当熔滴含有使表面张力减小的活性成分、同时又被含有键能较低的氧化物熔渣包覆的时候，熔滴的表面张力才能更明显地降低。含有多量SiO ₂ 的酸性渣，在焊接时一方面使熔滴金属增氧，另一方面造成键能比较低的熔渣，有效地减小了熔滴的表而张力，使熔滴细化。

（3）表面张力对熔滴行为的影响 图2-21说明了表面张力对熔滴行为的影响。它描述了在焊条电弧焊正常的焊接条件下，粗熔滴过渡和渣壁过渡的形成机制：熔滴表面张力的大小决定熔滴呈粗熔滴过渡和渣壁过渡，熔滴的表面张力越大，焊条端部保持的熔滴尺寸越大，越不易脱离焊芯向熔池过渡，从而形成粗熔滴过渡，如图2-21a所示；而随着熔滴总表面张力减小，熔滴的自由尺寸就会相应减小，由于熔滴的尺寸小，熔滴往往在焊条套筒内依附于焊条套筒内壁的某一侧，如图2-21b、c所示，促使熔滴很快与焊条芯脱离，沿套筒的内渣壁滑向熔池，实现熔滴的过渡，如图2-21d所示。

由此看来实现渣壁过渡需要两个条件，一是熔滴尺寸要细小，二是焊条要具有深的套筒。熔滴尺寸的减小取决于熔滴的表面张力，这一点已经说清楚了，而这里要说明的是，焊条套筒的形成也与熔滴的大小有关。因为粗熔滴过渡时电弧的极性斑点往往处于熔滴的底部，焊芯和药皮的熔化是依靠被加热的熔滴的热对流间接实现的，大的熔滴覆盖了整个焊条的端部，熔滴在熔化焊芯的同时也熔化了套筒的边缘，使得套筒变短，如图2-21a所示。而渣壁过渡时由于熔滴细小不能占据焊芯的整个端面，电弧极性斑点有很多时候处于焊芯的端部，电弧可以直接对焊芯进行加热，焊芯的熔化更大程度地超前于药皮，使焊条套筒增长，形成深套筒，就是说细熔滴也利于渣壁过渡的形成。归根到底渣壁过渡的形成最终取决于熔滴的细化。

显然，熔滴的表面张力是决定熔滴形成粗熔滴过渡还是渣壁过渡的主导力，这里作者提出了主导力的概念，并将表面张力称为决定熔滴过渡形态的第一主导力 ^[4，16] 。

2.渣壁过渡的形成条件

表面张力的大小是决定熔滴形成粗熔滴过渡还是渣壁过渡的主导力，而某种焊条的表面张力主要由焊条药皮中造渣成分决定，除此之外渣壁过渡的形成还与药皮厚度有关，因此渣壁过渡的形成条件要综合考虑表面张力和药皮厚度两个因素。为了将渣壁过渡的形成条件进行定量的描述，引入第一主导力作用指数的概念，对于一般碳钢或不锈钢焊条，表面张力的影响程度用第一主导力作用指数表示。第一主导力作用指数不仅表示表面张力的作用程度，同时考虑了焊条的药皮厚度形成的套筒对熔滴实现渣壁过渡的影响。

第一主导力作用指数 P′ 的经验表达式为：

P′ = αP _Ⅰ （2-5）

式中 α ——药皮厚度系数；

P _Ⅰ ——由药皮成分所决定的第一主导力。

P _Ⅰ 的表达式为：

P _Ⅰ =∑ K _i P _i （2-6）

式中 P _i ——由药皮某种成分所决定的第一主导力；

K _i ——药皮中某种成分第一主导力作用强度系数。

P Ⅰ=∑ K _i P _i =1.1 P ₁ + P ₂ +0.9 P ₃ +0.8 P ₄ +0.1 P ₅ +0.1 P ₆ -0.1 P ₇ +0.3 P ₈ +……

式中 P ₁ 、 P ₂ 、 P ₃ 、 P ₄ 、 P ₅ 、 P ₆ 、 P ₇ 、 P ₈ ——药皮中石英、长石、云母、白泥、二氧化钛、萤石、碳酸盐矿物（大理石+白云石）和铁矿（赤铁矿+磁铁矿）的质量分数。

药皮厚度系数 α 的表达式为：

α =（ D/d -0.6） ^2.5 （2-7）

式中 D ——药皮外径（mm）；

d ——焊芯直径（ φ 4.0mm）。

将式（2-6）和式（2-7）代入式（2-5）得到第一主导力作用指数的综合表达式为：

P′ =（ D/d -0.6） ^2.5 ∑ K _i P _i （2-8）

由第一主导力所决定的某种焊条熔滴渣壁过渡的形成条件为：

αP Ⅰ≥35 （2-9）

即：

P′ =（ D/d -0.6） ^2.5 ∑ K _i P _i ≥35 （2-10）

式（2-10）有实际应用意义，当已知焊条药皮的造渣成分、焊条规格和药皮的外径，就可以计算出第一主导力作用指数，近而确定某种焊条是形成粗熔滴过渡还是渣壁过渡，或者是两者混合的过渡形态。 reqED/xCWPjJisOiLbWAoUh46eKCCzQ10YCohy2Jea/wPiaHKeFcvjJOb98hHJic