2.2 焊条电弧焊熔滴的爆炸过渡与喷射过渡

2.2.1 焊条电弧焊熔滴的爆炸过渡现象

焊接时，当熔滴在形成、长大尚停留在焊条端部或在脱离焊芯向熔池的过渡过程中，由于冶金过程导致熔滴（也包括熔渣）发生的爆炸，使大熔滴分裂成细碎的小颗粒，形成了爆炸过渡，图2-22所示的高速摄影照片是熔滴猛烈爆炸的典型画面。

图2-23是钛钙型E4303焊条发生爆炸过渡的高速摄影照片，其展示了一个熔滴发生爆炸过渡的过程。由照片看到，在焊条端部的熔滴先是分离出去细小的熔滴（第1、2帧照片），接着在第3～5帧熔滴发生了分裂，一部分熔滴进入熔池，而另一部分的熔滴形成了飞溅，这一过程从照片第3帧开始到第12帧结束，共10帧照片，大概进行了10ms。可以看到这一过程中熔滴的行为与其说是爆炸过渡，倒不如说是爆炸飞溅。其实爆炸过渡和爆炸飞溅的爆炸行为产生机理本来是一样的，都是由于冶金反应形成的CO气体瞬间的强烈释放引起的，表现的行为特征也相同，只不过是爆炸形成的碎滴进入熔池的成为爆炸过渡，而没有进入熔池向外飞散去的碎滴就成为爆炸飞溅。可以这样说，爆炸过渡和爆炸飞溅是共生的。

图2-24所示为选取的两幅爆炸过渡的高速摄影照片。由图2-24a看出，停留在焊条端部的熔滴（包括熔渣）从第1帧开始发生气体的强烈逸出，至第5帧熔滴完全被破碎，在第5、6帧中看到破碎的熔滴在爆炸力的推动下向熔池过渡。由于在套筒边缘外露的熔滴尺寸不太大，爆炸进行得不太猛烈，破碎的熔滴进入了熔池，未看到向四周散去的飞溅物。图2-24b展示了十分强烈的一次爆炸行为，熔滴完全被突然释放的气体破碎，看不到一个大一些的熔滴，细碎的熔滴一部分进入熔池，一部分形成飞溅（第5、6帧照片）。

图2-25所示为E4303焊条发生爆炸过渡过程的高速摄影照片。由图看出，焊条端部的熔滴在第3、4帧时发生爆炸，爆炸发生在焊条端部的熔滴根部，爆炸并没有使熔滴完全破碎，爆炸形成的气体动力把大块的熔滴推向熔池，爆炸过程（第3～7帧照片）进行了约5ms。图中第8～14帧照片看到的是爆炸过程中破碎的熔体散落的过程和大块熔滴（也包括熔渣）进入熔池的过程，散落的细碎熔滴一部分进入熔池，其中还有一部分形成飞溅。

由这幅高速摄影照片可以看到，与图2-24中的熔滴的爆炸情况不同，悬挂在焊条套筒外面的发生爆炸的熔滴尺寸比较大，为了便于观察，在拍摄高速摄影照片时比焊接时的实际弧长要长一些，毫无疑问采用正常的弧长焊接时熔滴将会与熔池发生短路。熔滴的爆炸行为使熔滴的尺寸不均匀，导致熔滴的不均匀短路，这是熔滴的爆炸过渡形态重要特征之一。不仅如此，更有大量较细碎的熔滴形成不短路过渡。据统计熔滴爆炸过渡的频率一般可超过50s ^-1 。

2.2.2 焊条电弧焊熔滴的喷射过渡现象

图2-26所示为焊条熔滴典型的喷射过渡的高速摄影照片，样品是EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条，药皮中加入了多量的高碳铁合金，同时药皮为钛钙型，有很强的氧化性。由照片看出，细碎的熔体颗粒由焊条套筒内喷射出来，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡。根据对影片的统计，该样品实际的过渡频率达到130s ^-1 。如果说爆炸过渡的频率大约为50s ^-1 的话，那么喷射过渡过渡的频率至少在100s ^-1 以上。

钛钙型碳钢焊条熔滴为混合过渡形态，出现喷射过渡的概率相当大，图2-27是选取的钛钙型碳钢焊条熔滴喷射过渡的高速摄影单帧照片，其熔滴的细碎程度要比爆炸过渡时大得多。

图2-28是收集到的焊条粗熔滴过渡和喷射过渡熔滴照片，将测试的焊条在石墨棒上燃弧，然后用干法进行收集 ^[17，4] （熔滴的测试方法参看4.1）。图2-28b是典型的喷射过渡形态EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条（牌号：堆132）的熔滴照片，焊条样品规格为 φ 4mm。照片中用焊芯直径为3.2mm的焊条作为熔滴尺寸的参照。为了对比，将收集的典型的粗熔滴过渡形态的钛钙型E308-16（牌号A102）不锈钢焊条的熔滴照片一起显示（图2-28a）。由图2-28a看出，粗熔滴过渡时，很大一部分熔滴直径超过了 φ 3.0mm。由图2-28b看到，喷射过渡时熔滴细小得多，小于1mm的熔滴占了很大的比例。图中还看到呈粉末状的灰色的物质，主要是被破碎的熔渣，仔细观察其中还有不少的非常细小的圆形的金属熔滴。从这幅图片可以想象出焊条喷射过渡时强大的气体动力对熔滴行为的巨大影响。

熔滴的喷射过渡与熔滴的爆炸过渡都是由于焊接过程中熔滴金属内部碳氧化形成CO气体产生的强大的气体动力，使熔滴金属呈细碎的熔体，过渡到熔池或者形成飞溅。两者气体动力源是一样的，但两者气体动力作用强度不同，熔滴的喷射过渡气体动力的作用强度更大一些。另外更明显的是在表现形式上的不同，前者的主要作用是发生在套筒内部使破碎的熔滴由套筒内喷射出来，而后者的气体动力作用在套筒外大熔滴内部，使熔滴破碎。由于这两种过渡形态气体动力源是一样的，有时使得爆炸过 ^a ）钛钙型不锈钢焊条 b）EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条渡和喷射过渡交替或同时重叠出现。图2-29所示的高速摄影照片是表现爆炸过渡和喷射过渡重叠出现的场景。

熔滴的喷射过渡是焊条电弧焊时一种独特的过渡形态，它与气体保护焊的喷射过渡（或射流过渡）是完全不同的概念，从形成条件上讲，前者是基于在套筒内碳氧化反应形成的CO气体强烈释放形成的，而后者是在一定的气体介质条件下，由焊接电流产生的强大电磁力、等离子体流力的作用形成的。

焊条电弧焊时，药皮成分所形成的冶金条件对熔滴行为另一方面的影响，是使碳的激烈氧化形成CO气体，产生对熔滴过渡的气体动力，成为熔滴过渡时的另一个重要的力学因素——第二主导力。

下面将要讨论焊条电弧焊爆炸过渡与喷射过渡形成机制：气体动力产生的原理，气体动力对形成熔滴的爆炸过渡与喷射过渡以及对形成飞溅现象的直接影响。

2.2.3 焊条电弧焊爆炸过渡与喷射过渡形成机制

1.气体动力产生的原理

根据氧化物生成自由能Δ G 与温度关系可知 ^[18，19] ，在1800～2400℃范围内与碳发生反应的氧化物按强烈程度的排列顺序是：FeO、Cr ₂ O ₃ 、MnO、SiO ₂ 、TiO ₂ 、BaO、ZrO ₂ 、Al ₂ O ₃ 、MgO、CaO。显然焊接时熔渣中对碳产生强烈氧化作用的氧化物主要是FeO，MnO和SiO ₂ 。

药皮中加入的硅铝酸盐矿物很多，其中含有的SiO ₂ 是钛型、钛钙型和钛铁矿型焊条的主要造渣成分，同样在低氢焊条中也加入少量的SiO ₂ ，SiO ₂ 具有很强的氧化性，在酸性渣中具有很高的活性，是对碳进行氧化的主要成分。

焊接时SiO ₂ 对碳发生氧化作用，实际上主要是SiO ₂ 首先通过对铁的氧化形成FeO，进一步间接地与碳发生作用，生成{CO}：

（SiO ₂ ）对Fe的氧化反应式（2-11）和式（2-12）可以用化学反应等温方程式计算吉布斯自由能Δ G 判断反应方向。化学反应等温方程为：

Δ G =- RT （ln K -ln Q ）

Δ G =-4.575 T （lg K -lg Q ） （2-13）

式中 R ——波耳兹曼常数；

K ——反应的平衡常数；

Q ——反应初态生成物浓度乘积与作用物浓度乘积之比。

可见反应方向取决于 Q 与 K 的对比，即：

当 Q = K 时，Δ G =0，反应平衡；

当 Q ＜ K 时，Δ G ＜0，反应向右进行。

显然， Q 与 K 相差越大，则反应初态与平衡态相差越明显，反应会越激烈。

参考文献[19]引用了焊接时（SiO ₂ ）对Fe的氧化作用的实例：在给定的试验条件下，渣中（SiO ₂ ）为42%，金属中Si为0.01%，FeO为1.5%时，Δ G =93330-43.4 T 。

当温度超过2150K（1878℃）时，Δ G ＜0，（SiO ₂ ）对铁的氧化作用可以进行。这就是说这个反应在熔滴阶段可以进行，并随着温度的进一步提高，（SiO ₂ ）对铁的氧化作用增强。

接下来分析[FeO]对[C]的氧化作用。

对于式（2-12），反应的平衡常数

由平衡常数的表达式计算出FeO的生成吉布斯自由能Δ G ⁰ _T 为

Δ G ⁰ _T =-28700+31.99 T

当Δ G ⁰ _T =0时，求得 T =897.2K=624.2℃。

由计算的结果看出，当温度超过624.2℃时，碳被FeO氧化的过程即可以进行，显然在熔滴阶段碳会被FeO强烈地氧化。

焊接时，在特定的条件下碳的氧化反应进行方向、速度和进行的程度由反应的动力学来确定。

由化学反应动力学的概念可知，如果原始物质的浓度大于平衡浓度（反应产物的浓度相对比较小），反应向正方向进行。焊接时熔滴不是一个封闭的系统，随着焊接过程的进行，熔化的焊条金属形成的熔滴不断长大，并过渡到熔池，而熔化的焊条金属不断地补充到残留的熔体中来形成新的熔滴，熔滴金属不断更新，使得反应式（2-11）反应产物[Si]的浓度不会一直增大。焊接时在熔滴中进行的碳的氧化反应是多相反应，生成气相的{CO}而被排除于系统之外，因此使反应不可逆地进行下去。

2.气体动力对熔滴行为的影响

气体动力对熔滴行为的影响具体表现为以下两个方面。

1）气体产生于熔滴的外部，主要是药皮中的造气成分形成的保护气体，如纤维素等造气剂的分解产物、钛钙型和低氢型焊条碳酸盐矿物成分的分解形成的CO ₂ 气流，同时也包括在熔滴外部碳的氧化形成的CO气体。这些气体的析出形成的气体动力表现为对熔体表面的摩擦作用，使熔滴变形、撕碎，并吹送熔滴向熔池的过渡，与此同时将熔滴吹离焊接熔池而形成飞溅。高纤维素焊条熔滴发生的喷射过渡主要就是这种气体动力在套筒内产生强烈吹送作用形成的。

2）气体动力对熔滴行为的作用除表现为对熔体的吹送作用以外，更主要的是表现为在熔体内部产生CO气体的急剧释放，形成喷射过渡和爆炸过渡气体动力。CO气体对熔滴形成的喷射和爆炸过渡，比其对熔滴的吹送作用的影响更大，由于熔滴内的CO气体猛烈析出，实际上是使熔滴形成爆炸过渡和喷射过渡的主要气体动力源，而作用于熔滴外部的CO气体和药皮中造气成分产生的保护气流的吹送作用，对熔滴行为的影响起着次要的作用。下面将重点讨论这种熔滴内部产生的CO气体对熔滴形成爆炸过渡和喷射过渡的影响。

既然在熔滴中有利于渗[Si]增氧反应以及碳的氧化生成的{CO}气体的反应，那么在熔滴中式（2-11）和式（2-12）反应进行的程度、反应的连续性则取决于在单位时间内碳和氧的供应量。焊条中（包括焊芯和药皮）SiO ₂ 等氧化性成分和焊条中碳的加入量以及加入方式（在焊芯中、含碳铁合金或石墨）决定了这一反应是否可以连续进行，以及反应的猛烈程度。

图2-30是焊条电弧焊不同强度气体动力对熔滴行为影响的示意图，反映了由碳的氧化程度而产生的不同程度气体动力对熔滴行为和产生飞溅的影响。当焊芯和药皮中含有足够量的碳，在酸性渣中可能提供足够量的SiO ₂ 对铁进行充分的氧化，产生CO气体的反应能够连续地和激烈地进行，形成CO持续强大的气流，导致熔滴强烈的变形，形成密集短路过渡，也可能熔滴在没有长大到较大尺寸之前被吹成块状、片状和带状，被吹离焊条端头进行过渡，如图2-30e所示，实际上形成喷射过渡与爆炸过渡共存的过渡形态；当气流更强大时熔滴被吹得更细碎，形成完全的喷射过渡（图2-30g）；如果反应不十分猛烈，焊条中的碳含量或其氧化物成分不足以使形成的CO的反应能连续进行，则生成的CO气体呈间歇性的猛烈析出，这时金属熔滴来得及长大到较大的尺寸，并可能伸出套筒，熔滴在套筒的外部产生爆炸，形成熔滴的爆炸过渡（图2-30f）；如果焊条中的碳含量更少，或者氧化性不够强，当熔滴内只是发生较弱的碳的氧化时，CO气体的生成更加缓慢，生成的CO气体使熔滴膨胀（图2-30b），或者CO只在熔滴局部区域析出，导致熔滴或金属液桥、熔池的气体逸出飞溅（见图2-30c、d）。

由气体动力对熔滴行为影响的分析了解到，焊条电弧焊时喷射过渡与熔滴的爆炸过渡形成的气体动力是相同的，形成机理也类似，但实际上两者在表现形式上有很大的不同。

爆炸过渡时，CO气体强烈地释放是以爆炸的形式瞬间完成的，爆炸行为进行得十分短暂，是间歇性的，每一次爆炸的发生有一定的时间间隔。而熔滴在喷射过渡时，CO气体强烈地释放不是以突然的爆炸形式进行的，而是连续进行的，没有间歇性，CO气体释放的强烈程度要比爆炸过渡时大得多。喷射过渡还有一个重要特征就是原始熔滴的尺寸细小，熔滴的大部分不会暴露在套筒的外面，CO气体释放过程不是发生在套筒的外部，而是在套筒内，气体动力对熔滴的作用在套筒的内部强烈地表现出来，形成定向气流。而爆炸过渡时熔滴原始尺寸比较大，爆炸主要是在套筒外露的大熔滴内发生，爆炸行为产生的细碎的熔滴定向性不明显。

另外焊条喷射过渡的气体动力源除了来自CO气体释放以外，焊条药皮中其他造气成分（例如纤维素等）和碳酸盐矿物成分分解形成的气体对熔滴的吹送也起着辅助的作用。

喷射过渡具有的细熔滴、非短路以及连续、定向过渡的特点明显地区别于爆炸过渡。为了便于比较，表2-1列出爆炸过渡与喷射过渡气体动力的表现形式与熔滴行为特征。

3.气体动力对飞溅的影响

（1）熔滴的爆炸飞溅现象

熔滴的爆炸飞溅的形成机制与熔滴的爆炸过渡是相同的，正如图2-30f所示的那样，粗大的熔滴在焊条端部停留时间较长，焊条中的碳含量或其氧化物成分不足以使形成的CO的反应能连续地进行，反应生成的CO气体间歇性地以爆炸的形式猛烈析出，形成熔滴自身的爆炸飞溅。熔滴的爆炸飞溅与熔滴短路形成的电爆炸飞溅的机理是完全不同的概念，熔滴的爆炸飞溅源于熔滴内形成的气体动力，而电爆炸飞溅则由于电的因素所致。图2-31是焊条电弧焊熔滴发生自身爆炸飞溅现象的高速摄影照片，记录了E4303钛钙型结构钢焊条发生熔滴自身爆炸造成飞溅的完整过程，可以看出在图中第2帧照片熔滴发生了爆炸，使熔滴完全破碎，产生严重的飞溅。这种飞溅形式进行得和电爆炸飞溅一样猛烈，对焊接工艺性的影响也很大。

熔滴的爆炸飞溅往往与熔滴尺寸大小和电弧长度有关，当电弧长度较大、熔滴粗大时，往往使熔滴的爆炸行为加剧。图2-32是长弧焊接时熔滴发生爆炸飞溅的高速摄影照片，从图中看出由于弧长的增长，飞溅物的波及范围明显增加了，爆炸飞溅对焊条工艺性造成的直接影响也增大了。

（2）熔滴或熔池的气体逸出飞溅现象 熔滴与熔池中的气体逸出飞溅也是飞溅的主要形式之一。当熔滴内部冶金反应进行得不十分猛烈、生成的CO气体不足以引起熔滴的爆炸时，CO气体在熔滴中的某个局部区域逸出，形成熔滴的气体逸出飞溅，如图2-30c所示。

图2-33a是熔滴与熔池桥接时在金属液桥表面发生气体逸出飞溅的高速摄影照片，可以看出在液桥的表面出现一个隆起的液柱，在液柱的尖端有一颗小的熔体飞出去，正如图2-30d所示的情景一样。

气体的逸出飞溅现象同样可以发生在熔池中。从气体逸出飞溅的形成机制上考量，熔滴的气体逸出飞溅与熔池中的逸出飞溅并没有实质上的差别，因为在熔滴中进行的碳的氧化过程在熔池中还将要继续进行下去。图2-33b、c所示为在熔池中发生气体逸出飞溅的两幅高速摄影照片，这是使用水含量大的钛钙型结构钢焊条焊接时拍摄的，拍摄时为了观察水含量高的焊条焊接时熔池的沸腾和气体逸出飞溅的情况，摄影取景时将焊条偏向右侧，中部画面主要拍摄熔池沸腾的影像，照片清楚地显现出在熔池中由于气体逸出形成隆起的液柱，导致熔池的飞溅。

如图2-33所示的熔池的飞溅现象是气体逸出引起的较大颗粒的飞溅，而由熔池强烈沸腾形成的细颗粒较密集的飞溅，则很难被高速摄影的镜头捕捉到。熔池的气体逸出和沸腾现象是焊接化学冶金过程在熔池中的表现，会引发熔池的飞溅，对焊接工艺性产生影响。

作者曾进行的对下落熔滴的观察和研究[20，21]间接证明熔池的气体逸出和熔池沸腾现象是熔滴阶段冶金过程的继续，是焊接化学冶金过程在熔池中的表现。其试验方法是将被测试的焊条在石墨块侧表面上引燃电弧，使熔化的金属熔滴下落，采用普通CCD摄像头录制焊接时距离焊条端部100mm处下落的熔滴图像，如图2-34所示。熔滴具有高的温度，且飞行的速度很快，由于普通摄像机采样速度只有25f/s，因此被录下来的熔滴影像实际上是被拉长的亮团，而对于喷射出来飞行速度更快的小颗粒熔体，它的影像是向斜下方或横向放射的发亮的条线图像。观察撷取的图像发现，除了密集的向斜下方放射的线条之外，在局部还出现横向放射的线条，显然这是飞溅物形成的飞行轨迹，而放射的横向线条的起点部位应该是熔滴发生爆炸的区域。图2-34a中的喷射状线条是高速运动的细小熔滴飞行的轨迹，这是熔滴呈正常的喷射过渡时的影像；从图2-34b和c中可以看到在正常的向下放射的条线以外，存在着向斜下方和横向放射的线条，这是熔滴发生爆炸飞溅时飞溅物颗粒高速运动形成的轨迹；图2-34d是E4303焊条的图像，中间的白色的亮团是过渡的较大尺寸熔滴的影像，在图片的右上方呈现的向外放射的线条是熔滴中气体逸出飞溅留下的痕迹；在图2-34e照片左面可以明显地看到熔滴的爆炸飞溅的痕迹；图2-34f是细小熔滴过渡时熔滴行为照片，仔细观察发现照片中有一些极细的横向亮线，显然是细小熔滴发生爆炸后极细的飞溅物飞行轨迹，亮线很短，说明这些细小的飞溅物在飞行中很快被烧尽，实际飞行的距离很短。

图2-34中展示的熔滴呈现CO气体释放现象，这表明在熔滴离开焊条端部下落100mm时，熔滴内部碳的氧化反应仍在进行中，以至于在熔滴的飞行过程中还发生熔滴的爆炸。在正常的焊接条件下，熔滴在进入熔池前自由飞行的距离一般也不过10mm左右（对规格为4mm的焊条），显然熔滴进入熔池后，碳的氧化及CO气体释放过程将会继续，熔池中发生CO气体逸出而导致熔池飞溅是必然的。事实上用钛钙型结构钢焊条焊接时很容易观察到熔池的沸腾，证实在熔池中碳氧化过程的存在。当然在高温条件下熔滴对氢、氮进行吸收，而在进入熔池后，随着温度的下降，氢、氮气体逸出，同样引起熔池的沸腾和导致熔池的飞溅。

对气体逸出飞溅现象的物理本质可以做以下的分析：在熔滴或熔池内部的气体以气泡的形式逸出的过程中，当到达液体金属表面时发生的飞溅，一是由于气泡表面膜破裂时形成的飞沫（指十分细小飞溅物的颗粒），二是气泡所占据的液面部分形成一个凹坑，当气泡在液体表面消失时，凹坑的周围的金属在表面张力的作用下迅速向凹坑内聚拢，由周围聚拢来的液体金属在凹坑处迅速向中间聚合相互排挤形成隆起的液柱，接着隆起的液柱又在表面张力作用下被拉回母液，而使液柱隆起时速度高的尖端部分的液体，被分离出小颗粒飞离出去形成飞溅。

可以这样说，气体以气泡的形式逸出，当到达液体表面时，引发两种效应而产生飞溅，一是当气泡表面膜破裂时形成的飞沫，二是气体逸出后发生液柱的隆起引起的飞溅。在这里作者将前一种效应，即气泡的表面膜破裂形成的飞溅称作“飞沫”，是因为两种效应产生飞溅的机构不同，飞溅的特征也不相同，前者飞溅物数量虽多，但颗粒十分细小，飞溅的颗粒也没有明确的方向性，飞溅的距离短，一旦形成则很快被烧掉，这种飞溅物即使是通过高速摄影也很难观察到，从飞溅的激烈程度而言，操作者对它的影响也不会有更深的感受，也许是这样的原因，参考文献[1]中在分析柱状隆起引起飞溅时很少提到它，也没有以“飞沫”这样命名。在这里作者之所以特别提到这种飞溅形式，是因为“飞沫”对形成烟尘的影响不能忽视。气体逸出后形成的第二个效应，即发生液柱的隆起引起的飞溅，其对工艺性产生的影响，是操作者可以直接感受到的。一般提到气体逸出飞溅的时候，实际上就指的是液柱隆起造成的飞溅，液柱隆起造成的飞溅颗粒比“飞沫”大，飞行方向与液面垂直，飞行的距离也比较长，但大多数的飞溅物也比较小，在飞行过程中大都会被烧掉。

可以设想如果大颗粒飞溅（也伴随着小颗粒）是由爆炸引起的话，则大多数小颗粒飞溅是由于气体逸出时形成柱状隆起造成的，液体金属内气泡越小，产生的飞溅颗粒也越小，但在隆起的液柱尖端形成的飞溅颗粒数目则越多，飞行的距离也越远；而当气泡体积较大时，由隆起的液柱飞出的颗粒尺寸也大，但颗粒数目少，飞行速度低，飞行的距离短。在焊接时当金属内大量气体以小气泡的形式逸出时，人们可以观察到熔池的沸腾，而不能直接看到由熔池中逸出的小颗粒飞溅，其实沸腾的熔池正是大量的小气泡由熔池中逸出的表现，这种飞溅物颗粒细小且十分密集，飞溅的过程中大都被烧损，焊接时看到的四散的小火花，就是燃着的飞行中的小颗粒飞溅物。它既有液柱隆起形成的飞溅，也有气泡破裂形成的“飞沫”，这种飞溅不妨叫作“小火花飞溅”，由于飞溅颗粒的体积十分小，在高速摄影的影片中也难以捕捉到它们。气体逸出造成的柱状隆起方向总是和液面垂直的，因此在焊接时发生的向周围四散的飞溅多数是由熔滴表面柱状隆起造成的，而在平焊时发生的向上的或是向斜上方的飞溅火花，则主要是由熔池中隆起的液柱形成的。在焊接高水分焊条时，出现的大量向上的接近垂直方向飞出的小火花应该看作是由熔池中大量气体逸出形成的细颗粒飞溅。图2 _-3 4b和c中拍摄到的熔池中飞溅的场景是较大的柱状隆起形成的较大颗粒飞溅，然而这仅是熔池中可见飞溅物的一小部分，其实绝大部分细小的飞溅物颗粒数量很多，但它们的颗粒很小，特别是气泡在金属表面破裂时形成的“飞沫”，飞行过程中很快被烧掉，即使焊后在焊缝的周围也收集不到。熔池中大气泡的逸出，往往冶金过程不十分猛烈，产生的柱状隆起的液柱也不很高，由液柱的尖端分离出去的颗粒速度也不大，当更大的气泡逸出时，有时虽然形成了隆起的液柱，但液柱的尖端的液体金属却不会被分离，不形成飞溅。

（3）熔滴的喷洒飞溅现象 喷洒飞溅是喷射过渡的主要飞溅形式，喷射过渡时强大的气体动力使过渡的熔滴十分细碎，相当一部分熔滴（也包括熔化的熔渣）没能进入熔池而形成喷洒飞溅。因为喷洒飞溅十分强烈，所以严重影响焊条的焊接工艺性。喷洒飞溅是与喷射过渡相伴发生的，因此凡是存在喷射过渡的焊条都会出现喷洒飞溅，钛钙型结构钢焊条焊接时形成的细颗粒飞溅一部分是喷洒飞溅，喷洒飞溅还是高纤维素焊条焊接时主要的飞溅形式。

4.爆炸过渡与喷射过渡的形成条件

根据以上的分析可知，采用某种焊接材料焊接时，碳氧化生成的CO气体的反应，取决于在单位时间内碳和氧向熔滴提供的量。在采用含有多量的硅铝酸盐矿物的酸性焊条焊接时，可以提供足够量的氧，这种条件下第二主导力——气体动力的强度则主要由焊芯、药皮中向熔滴输送的碳量多少决定的，由下式表示：

C _d = C _x + C _p + C _m （2-15）

式中 C _d ——焊接时进入熔滴中碳的总质量分数（%）；

C _x ——由焊芯进入熔滴中碳的质量分数（%）；

C _p ——由药皮中的含碳铁合金进入熔滴中的碳的质量分数（%）；

C _m ——由药皮中的石墨进入熔滴中的碳的质量分数（%）。

由熔滴中输送的碳的总质量 C _d 所决定的第二主导力由下式确定

P _Ⅱ =1.55 C _d

碳的氧化形成的气体动力强度并不是随着熔滴中碳含量的增大而呈线性增大，这是因为碳含量的增大使得系统中的还原性增强，对碳的氧化产生了抑制作用，显然 P Ⅱ与第二主导力作用强度之间出现复杂的影响关系。 P Ⅱ的大小不能真实地反映气体动力的实际作用。为了反映 P Ⅱ对熔滴行为的影响，必须对 P Ⅱ进行修正，修正后的气体动力用第二主导力作用指数 P″ 表示

P″ =-10 P ² _Ⅱ +17.2 P _Ⅱ -6.5 （2-16）

式（2-16）反映第二主导力对熔滴喷射和爆炸行为的实际作用效果，也定量地表示出焊条电弧焊时实现喷射过渡和爆炸过渡的条件。当 P″ =0～-1时，熔滴可能出现喷射和爆炸混合过渡；而当 P″ ＞0时第二主导力作用强度最大，熔滴将会形成完全的喷射过渡；而在 P″ ＜-1的情况下，第二主导力作用较弱，熔滴不可能出现喷射和爆炸行为。

总结以上焊条电弧焊时熔滴过渡形态的影响规律，概括地说，在焊条电弧焊时，作用于熔滴上的力最终归结为两个起主要作用的力，即表面张力和气体动力。熔滴的表面张力在某种程度上决定了熔滴尺寸的大小，是焊条形成粗熔滴过渡或渣壁过渡的主要因素；而气体动力的大小是焊条形成爆炸过渡或是喷射过渡的主要因素。焊条电弧焊熔滴过渡形式最终决定于这两个主导力的作用强度。

图2-35是焊条熔滴过渡形成机制示意图。图中表示出第一主导力（即表面张力） F σ与第二主导力（即气体动力） F _g 对形成熔滴过渡形态的影响趋势。

焊接时的化学冶金条件一方面赋予熔滴的活性，改变着熔滴表面张力，而另一方面又直接导致气体动力的形成和影响它的大小，成为决定焊条电弧焊熔滴行为的主要因素。除此之外，不容忽视的是由于药皮的存在，在焊条端部形成了形式各异的套筒，它对熔滴和电弧的行为、焊条的热效率及其他电弧物理特性也产生直接的影响。

当焊接条件一定时，由焊条、药皮、焊芯的类型和成分决定了焊接冶金条件，也决定了对熔滴行为产生影响的两个主导力作用强度。因此用正常的焊接参数施焊时，焊条就会有自己确定的过渡形态，即属于粗熔滴过渡、渣壁过渡、喷射过渡或爆炸过渡，或者是上述几种过渡形态的组合。因此焊条的某种熔滴过渡形态是焊条的电弧物理属性。

2.3 焊条熔滴过渡形态的电弧物理特性数字化信息

现以四种不同熔滴过渡形态焊条为例，用汉诺威分析仪进行测试，分析对比焊条四种熔滴过渡形态的电弧物理特性数字化特征，以加深对焊条熔滴过渡形态的理性认识，并对不同焊条的电弧物理特性进行分析和判读 ^[22] 。

试验选取的四种典型熔滴过渡形态的焊条如下：粗熔滴过渡形态以钛钙型不锈钢焊条为代表，试验焊条名称为TY102-B，焊条规格 φ 4.0mm；钛型不锈钢焊条作为渣壁过渡形态的试验焊条，试验焊条名称为E308-12，焊条规格 φ 3.2mm；钛钙型结构钢焊条具有多种熔滴过渡形态共存的特点，有明显的熔滴爆炸过渡的成分，选择其作为爆炸过渡形态的样品焊条，样品名称为JHJ42201，焊条规格 φ 3.2mm；EDP-A2-03型堆焊焊条，由于药皮中存在多量的高碳铁合金，同时设计为氧化性较强的钛钙型药皮，熔滴为典型的喷射过渡形态，试验焊条编号为TYD132，焊条规格 φ 4.0mm。焊接电源为ZXG-300型弧焊整流器，极性为直流反接，采取平板堆焊方式施焊，试板材料为Q235钢，尺寸250mm×100mm×10mm。汉诺威分析仪设定采样时间10s。

2.3.1 焊条熔滴过渡形态电弧电压、焊接电流概率密度分布图

图2-36是用汉诺威分析仪测试得到的焊条电弧焊四种典型过渡形态的电弧电压概率密度分布叠加图，是焊条熔滴过渡形态电弧物理特性的数字化信息可视化表达。图中横坐标分别为电弧电压和焊接电流，纵坐标是以对数形式表示的焊接过程电弧电压和焊接电流的概率。图中曲线1（测试焊条名称TY102-B）为粗熔滴短路过渡，曲线2（测试焊条名称E308-12）为渣壁过渡，曲线3（测试焊条名称JHJ42201）为爆炸过渡，曲线4（测试焊条名称TYD132）为喷射过渡。

典型的粗熔滴短路过渡形态的电压概率密度分布曲线（图2-36中曲线1）的主要特点是：曲线为双驼峰状，中部的高峰区域反映的是正常焊接过程的电弧电压的概率密度分布，而图左面小驼峰对应的低电压的部分，反映熔滴的短路行为形成的电压概率密度分布。熔滴越粗大，短路时间越长，短路形成的低电压概率越大，小驼峰覆盖的电压范围越大。

由于熔滴的爆炸过渡形态也有短路过程发生，所以具有爆炸过渡的JHJ42201试验焊条的电压概率密度分布曲线3也具有双驼峰的特点。但是由于熔滴比前者细，短路出现的概率也小，因而小驼峰曲线所覆盖的电压范围也小一些。四种典型焊条熔滴过渡形态的电弧物理特性参数测试结果见表2-2，由表中数据看出，统计得到的爆炸过渡的JHJ42201试验焊条的短路概率 n （ U _s ）数值较小，仅为3.40%，而短路过渡的TY-102-B焊条 n （ U _s ）为5.26%，比前者大得多。

由于渣壁过渡的焊条一般会出现少量的短路现象，因此具有渣壁过渡形态的钛型不锈钢焊条（图2-36中曲线2）在电压概率密度分布图中左面低电压段有时也会出现低落的波动曲线。由于渣壁过渡焊条名义电压较高，因此曲线2在整体上比喷射过渡的曲线4靠右。

TYD132焊条为喷射过渡形态，由于熔滴十分细小，熔滴过渡不会发生短路，电压概率密度分布曲线4不会出现小驼峰，同时曲线覆盖的电压范围比其他三种过渡形态的曲线都窄。

图2-37是用汉诺威分析仪测试得到的焊条电弧焊四种典型过渡形态的焊接电流概率密度分布叠加图。由图看出，具有粗熔滴过渡的TY102-B焊条和爆炸过渡的JHJ42201焊条的焊接电流概率密度分布曲线是分散的，由于这两种焊条熔滴都有短路过渡，在熔滴短路时形成大的短路电流，而在每个熔滴短路过渡完成后，在电弧重燃的初期，电流很小，于是即有在图的右侧反映短路大电流的概率密度分布，又有在图的左侧反映电弧重燃初期小电流的概率密度分布，因此这两种焊条的焊接电流概率密度分布曲线比较分散。还可以看出，图2-37右侧表示的熔滴短路大电流的概率曲线，粗熔滴过渡的TY102-B焊条（曲线1）比爆炸过渡的JHJ42201焊条（曲线3）位置更靠上。统计的TY102-B和J422-03焊条短路电流（平均电流1.5倍）的概率 n （ I _s ）分别为1.30%和0.35%（见表2-2），这说明粗熔滴过渡的TY102-B焊条比爆炸过渡的JHJ42201焊条短路电流出现的概率更大些。

渣壁过渡的E308-12焊条和喷射过渡的TYD132焊条（曲线2、4）都不存在短路过渡，当然不会出现熔滴短路过渡引起的大电流和电弧重燃时形成的小电流，电流概率密度分布曲线比较收敛。细熔滴的喷射过渡电流概率密度分布曲线相对更集中。

2.3.2 焊条典型熔滴过渡形态数字化信息的解读

测试的典型焊条的平均电弧电压、平均焊接电流、平均短路时间 T ₁ 、平均燃弧时间 T ₂ 、平均加权燃弧时间 T ₃ 、平均周期时间 T _c 的数据见表2-2。表中还列出了在测试的时间内焊条的短路电压概率 n （ U _s ）、短路电流概率 n （ I _s ）、短路频率 f _sc 和电弧电压 ν （ U ）变异系数、焊接电流变异系数 ν （ I ）的测试结果。由于喷射过渡时熔滴不与熔池短路，渣壁过渡也基本上不发生短路，因此E308-12和TYD132焊条 T ₁ 、 T ₂ 、 T ₃ 和 T _c 没有数据，也不会出现 n （ U _s ）、 n （ I _s ）和 f _sc 的数据。

由表2-2中焊条的典型过渡形态平均短路时间 T ₁ 、平均燃弧时间 T ₂ 、平均加权燃弧时间 T ₃ 和平均周期时间 T _c 的数据看出，最明显的特点是粗熔滴短路过渡的TY102-B焊条平均短路时间 T ₁ 较长，这显然是因为TY102-B焊条熔滴粗大，熔滴长大所需要的时间长，同样熔滴短路的持续时间（向熔池过渡所需要的时间）也长。JHJ42201的情况与前者不同，熔滴尺寸比较小，平均短路时间 T ₁ 要小得多，而短路频率 f _sc 比短路过渡的焊条要高。

周期时间 T _c 的数据大体上接近于平均短路时间 T ₁ 与平均加权燃弧时间 T ₃ 之和。

由于熔滴为爆炸过渡时存在大量的频繁的瞬间短路，而当忽略这一瞬间短路行为时，统计的JHJ42201焊条的平均加权燃弧时间 T ₃ 和短路周期 T _c 的数据比燃弧时间 T ₂ 明显地增大了。

综合以上分析，焊条熔滴过渡形态电弧物理特征参数的基本特征可以归结为以下诸点：

1）渣壁过渡形态的平均电弧电压最高，而焊接平均电流最小；

2）粗熔滴过渡的焊条短路电压概率 n （ U _s ）、短路电流概率 n （ I _s ）比爆炸过渡的焊条大；

3）粗熔滴过渡的焊条平均短路时间 T ₁ 比爆炸过渡的焊条长；

4）爆炸过渡时短路频率 f _sc 比粗熔滴过渡的焊条高；

5）焊条为渣壁过渡和喷射过渡时短路时间 T ₁ 、燃弧时间 T ₂ 、加权燃弧时间 T ₃ 和周期时间 T _c 、短路电压概率 n （ U _s ）、短路大电流概率 n （ I _s ）、短路频率 f _sc 趋于零；

6）粗熔滴过渡和爆炸过渡电弧电压和焊接电流变异系数 ν （ U ）和 ν （ I ）较大，而渣壁过渡和喷射过渡变异系数 ν （ U ）和 ν （ I ）较小，喷射过渡时的变异系数 ν （ U ）和 ν （ I ）最小。

2.4 焊条熔滴过渡形态对焊条工艺性的影响

焊条熔滴过渡形态如何影响焊条工艺性？焊条熔滴过渡形态与焊条工艺性有怎样的联系？这些问题可以从熔滴过渡形态对电弧的稳定性、飞溅、焊条热效率和焊条的工艺稳定性等几个方面来分析。

2.4.1 熔滴过渡形态对电弧稳定性的影响

在参考文献[4]中曾根据焊条电弧焊的电弧行为特征将电弧行为分成六个类型：按电弧燃烧连续性分为连续型电弧和非连续型电弧；按电弧的活动性分为活动型电弧与非活动型电弧；按电弧集中程度分为敞开型电弧和集中型电弧。

所谓电弧的连续性是指在焊接过程中电弧的燃烧是否连续。焊接时由于熔滴的行为、焊条本身稳弧性、熔滴的短路、大熔滴的飘动、熔滴的爆炸行为等因素而造成电弧的中断是属于熔滴自身因素造成的焊接电弧的瞬时中断现象，形成断续型电弧。焊接过程中由于电源的性质导致的电弧中断，如采用交流电源或者电源的不良特性引起电弧的中断，以及施焊时环境因素而导致的电弧中断现象等不反映焊条自身的特性。图2-38是形成断续型电弧的示意图。由于粗熔滴过渡和爆炸过渡时发生熔滴的短路、熔滴的飘动、飞溅等现象使电弧瞬间熄灭，造成电弧的不连续，形成不连续型电弧，显然渣壁过渡和喷射过渡则形成连续型电弧。

所谓集中型电弧和敞开型电弧，主要特征表现为电弧的极性斑点面积的大小，集中型电弧极性斑点的面积较小，大约不超过焊芯端面的1/3，而敞开型电弧极性斑点面积很大，可以占满整个焊芯端面，或者完全占据熔滴底部，这种情况可以看作是“无斑点电弧” ^[2] ，斑点面积的大小往往决定了电弧的宽窄，敞开型电弧因此也可以叫作“宽电弧”。

图2-39、图2-40分别是焊条敞开型电弧和集中型电弧的示意图和实例。图2-39a、b、c、d为敞开型电弧，并分别表示爆炸过渡、渣壁过渡、粗熔滴过渡和喷射过渡时的敞开型电弧。图2-39e、f、g分别表示渣壁过渡时的集中型电弧、粗熔滴过渡弧根处于熔滴的底部时的集中型电弧和粗熔滴过渡弧根处于熔滴的根部时的集中型电弧。图2-40a是渣壁过渡时敞开型电弧的照片，图2-40b是集中型电弧的高速摄影照片。

在焊接过程中电弧极性斑点由于受到焊芯的熔化、熔滴的过渡及电弧力等各种力的作用，使之沿着焊芯的轴线方向垂直于焊芯轴线的某一平面上运动，使电弧产生飘动，从而破坏电弧的稳定性。所谓活动型电弧就是在焊接过程中电弧活动性大，发生明显飘动的电弧。在焊接时电弧斑点不产生激烈活动，电弧不发生明显飘动，电弧中心基本上不偏离焊条中心轴线的电弧叫非活动型电弧。

粗大熔滴的过渡和爆炸过渡都会发生熔滴的短路，造成电弧燃烧的不连续，因而形成断续型电弧；粗大的熔滴造成熔滴活动的加剧，因而粗熔滴过渡和爆炸过渡形成活动型电弧；在熔滴尺寸较小时电弧的活动性将会大大减弱，显然渣壁过渡和喷射过渡形成非活动型电弧；药皮中加入较多量的氟化物等电离势较高的组分时，电弧的极性斑点受到压缩形成集中型电弧，显然加入多量萤石的低氢型焊条电弧为集中型；而存在大量利于稳定电弧的钛酸盐及含有钾、钠氧化物成分的硅铝酸盐矿物有利于电弧的稳定，使电弧斑点变大，甚至扩大到电极（熔滴）整个表面，形成“无斑点”电弧，电弧为敞开型。

以上分析了六种类型的焊条电弧行为，对于每一种焊条来说，总是同时具有其中的三种类型，是连续型还是断续型，是活动型还是非活动型，是敞开型还是集中型，每一种焊条必居其三。例如钛钙型不锈钢焊条，它的电弧类型是断续型、活动型和敞开型，而高钛型不锈钢焊条电弧类型则为连续型、非活动型和敞开型；钛钙型结构钢焊条电弧类型为断续型、活动型和敞开型，低氢结构钢焊条电弧类型为断续型、活动型和集中型。

图2-41是电弧稳定性结点图，图中表示出熔滴过渡形态与电弧稳定性的关系。图中横坐标中标示的符号A、B、C、A′、B′、C′分别表示电弧类型，纵坐标符号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示不同的熔滴过渡形态。图中左下角的虚线框中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C、Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C六个结点表示熔滴为喷射过渡和渣壁过渡，同时还具有连续型、非活动型和敞开型电弧，此时电弧的稳定性最好。图中右上角虚线框中的Ⅲ-A′、Ⅲ-B′、Ⅲ-C′、Ⅳ-A′、Ⅳ-B′、Ⅳ-C′六个结点表示焊条具有粗熔滴过渡和爆炸过渡，同时电弧具有断续型、活动型和集中型电弧，此时电弧稳定性最差。在两个虚线框中以外还有两个标有黑色圆点的结点，即Ⅳ-B、Ⅲ-B，分别表示具有粗熔滴过渡和爆炸过渡同时具有敞开型电弧，这种情况下电弧稳定性居中。图中画“×”符号的结点表示实际上不可能出现的情况。任何一种焊条，如果知道其熔滴过渡形态和它的电弧类型，便可以通过电弧稳定性结点图找到相应的结点，评估其电弧稳定性。

为了定量地比较各种焊条电弧的稳定性，可以引用电弧稳定性系数的概念，设图2-41中左下方框中电弧稳定燃烧区域内各结点电弧稳定性系数为1，图中右上方虚线框电弧不稳定区域各结点电弧稳定性系数为-1，两个区域以外的两个黑色的圆点电弧稳定性系数为0.5，将某种焊条所占有的各结点的系数相加（代数和），得到的数值即为该种焊条的电弧稳定性系数。系数为3的焊条稳定性最好，系数为0电弧稳定性一般，系数小于0则电弧稳定性较差。表2-3列出了几种代表性常用焊条熔滴过渡形态、电弧类型、电弧稳定性结点位置和电弧稳定性系数值。

2.4.2 焊条熔滴过渡形态对飞溅的影响

熔滴过渡形态对飞溅的影响情况见表2-4。由表看出，粗熔滴过渡会发生相当猛烈的电爆炸飞溅、熔滴自身的爆炸飞溅、熔滴的气体逸出飞溅以及电弧力引起的飞溅，由于焊条不同的冶金条件还可能发生熔池飞溅；爆炸过渡时飞溅的情况与粗熔滴过渡时大体相同，电弧力引起的飞溅比粗熔滴过渡时要小一些，熔池中的飞溅可能有所增大；渣壁过渡和喷射过渡时熔滴细小且过渡时不与熔池发生短路，因此以粗大熔滴和短路为条件的短路电爆炸飞溅、熔滴爆炸飞溅、电弧力飞溅等几种飞溅形式都不会发生。以钛型不锈钢焊条为代表的具有渣壁过渡形态的焊条，由于自身的冶金特性，焊接时一般不会发生碳的强烈氧化反应，因而不会出现熔滴的爆炸飞溅和熔滴或熔池的气体逸出飞溅，熔滴的“飘离”飞溅是渣壁过渡时的主要飞溅形式。喷射过渡时强大的气体动力引起喷洒飞溅，是熔滴喷射过渡形态的主要飞溅形式。

2.4.3 熔滴行为对电弧热效率的影响

焊条电弧焊时电弧对焊条的加热有三种方式：一是电弧由极性斑点析出的热对焊芯直接进行加热；二是电弧由极性斑点直接加热熔滴，通过熔滴的热对流间接地对焊芯与药皮加热；三是弧柱的辐射对焊条药皮加热。电弧对焊条三种不同的加热方式中，焊条对电弧热的吸收效率是不同的，其中以电弧极性斑点对焊芯直接加热的吸热效率最高，通过熔滴的热对流间接地对焊芯及药皮加热，其加热的效率最差。

电弧对焊条的加热方式与焊条端熔滴行为有关，焊条电弧焊时，不同的熔滴过渡形态焊条对电弧热的吸收率是不同的。图2-42是焊条不同过渡形态电弧对焊条加热机制的影响的示意图。图2-42a是粗熔滴过渡的情况，这时电弧极性斑点处于熔滴的底部，电弧极性斑点首先对熔滴进行加热，然后过热的熔滴通过热对流对焊芯和药皮进行加热，即使当熔滴脱离焊芯向熔池过渡之后，在焊芯端部仍存在着残留的熔体，就是说在熔滴整个过渡周期内除了熔滴与熔池短路的瞬间外，整个燃弧时间内电弧对焊芯和药皮的加热都是通过液体金属的对流间接进行的，其电弧的热损失于对熔滴的加热，过热熔滴的散热损失，使电弧对焊芯和药皮的加热效率降低。

当熔滴为渣壁过渡时（图2-42b），熔滴尺寸减小，熔滴往往不能占满焊芯的整个端面，在这种条件下电弧的极性斑点有机会对焊芯端面直接进行加热，加快了焊芯的熔化速度，使得焊芯更超前于药皮的熔化，而导致深套筒的形成；另外渣壁过渡时形成很深的套筒，使弧柱能够对套筒内侧的药皮进行加热，弧柱通过热辐射也参与对焊条药皮的加热，提高了电弧的热利用率，这是渣壁过渡焊条所独有的电弧加热特征，而短路过渡时弧柱不可能参与对焊条的加热。

当焊条熔滴喷射过渡时（图2-42c），药皮中产生的大量气体使焊芯端部的液体金属在套筒内被吹碎，并从套筒内喷射出来，在焊芯端部很少有熔滴金属残留，电弧极性斑点有最多的机会直接对焊芯加热，加热效率很高，焊芯的熔化速度加快，套筒增长，但是由于套筒内气流对电弧的冷却作用，不能像渣壁过渡时那样充分利用电弧柱对药皮的辐射进行加热，显然这一因素又使得焊条对电弧热利用率有所降低。

通过以上的分析说明，焊条电弧焊时焊条的吸热效率和焊条熔化效率与熔滴过渡形态有关，渣壁过渡时焊条的热效率最高，喷射过渡其次，粗熔滴过渡和爆炸过渡时焊条的吸热效率最低。

应该指出，某种焊条的热效率具体地说包括两方面的含意，一是焊条电弧焊时电弧本身的发热效率，二是焊条对电弧热的吸收效率。前者涉及电弧本身发热机制，而本节中讨论的是后者——熔滴过渡形态对电弧热的吸收效率的影响，并不是说焊条的热效率只取决于焊条的熔滴过渡形态。

以上讨论了影响焊条工艺性的焊接电弧的稳定性、飞溅、焊条热效率等三个主要因素，除此之外，焊条工艺性还涉及焊条的工艺稳定性、焊接时的烟雾等诸多方面，焊条的工艺稳定性将在第4章不锈钢焊条工艺性中加以讨论，焊接时的烟雾将在第5章中进行详细讨论。

2.4.4 熔滴过渡形态与焊条工艺性的关系

表2-5归纳了焊条熔滴过渡形态特征，从熔滴尺寸的大小、熔滴过渡的方式、过渡频率、名义电压、波形特征、套筒类型及飞溅形式等方面说明焊条几种熔滴过渡形态的一般特征。焊条熔滴过渡形态与焊条工艺性的关系见表2-6，其中焊条工艺性包括焊条电弧挺度、电弧连续性、可操作性、飞溅大小、焊接时的烟雾、焊条名义电压、电弧热效率和焊条工艺稳定性等方面。

粗熔滴过渡时熔滴尺寸大，过渡频率低，熔滴以接触短路形式过渡，产生较强烈的电爆炸飞溅；由于熔滴粗大，熔滴在焊条端部往往有较长时间的停留，从而导致熔滴自身的爆炸，还容易产生气体逸出飞溅；熔滴的短路过渡不仅使电弧燃烧不连续，粗大的熔滴使电弧活动性增大，同样不利于电弧的稳定。因此粗熔滴过渡时综合工艺性比较差。

爆炸过渡时，熔滴颗粒大小不均匀，对于电弧稳定十分不利，爆炸过渡除引起熔滴自身的爆炸产生爆炸飞溅外，还会因短路产生电爆炸飞溅，因而严重恶化焊接工艺性。熔滴的行为对电弧的稳定性有重要的影响，熔滴越粗大，电弧斑点的运动越明显，显然粗熔滴过渡和爆炸过渡的焊条，电弧的活动性强，套筒短，电弧挺度差，而且电弧不连续，使操作性变差。因此爆炸过渡工艺性能也是比较差的。

渣壁过渡最主要的特征是熔滴细小，过渡时不发生短路，不形成电爆炸飞溅和熔滴的爆炸飞溅，形成的飘离飞溅对工艺性的危害不大；渣壁过渡时焊条名义电压的提高，对于克服不锈钢焊条焊接时焊条后段的药皮过热的弊端，提高焊条工艺稳定性具有十分重要的意义；由于熔滴十分细小，熔滴不能占据整个焊条端面，因此改变了电弧对焊芯加热的机制，使电弧的极性斑点有更多的机会直接对焊芯进行加热，提高了电弧的热效率；渣壁过渡时具有的深套筒，使电弧挺度增大，提高了电弧的稳定性。由于渣壁过渡带来了一系列意想不到的良好的工艺效果，其综合工艺性能达到了十分理想的状态，因此实现渣壁过渡是焊条工艺性设计优化的目标，不仅仅只对不锈钢焊条，也是许多种焊条设计时追求的目标。

喷射过渡时熔滴细小，电参数的波动最小，喷射过渡时产生定向气流，提高电弧挺度，对稳定电弧，提高电参数的稳定性具有明显的优越性。但喷射过渡时，会形成很强的喷洒飞溅，颗粒十分细小密集，不易清除，成为影响工艺质量的主要问题。另外，喷射过渡焊接时烟尘也较大，也是影响焊条工艺性的主要因素。 ZlZjYYr8I/dJcBQ6ItvNaR+plO2ryRc95eAsUGWSvHYGBxubcscbrcW4dbNccEBt