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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。
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。
图2-38 形成断续型电弧的示意图
a）熔滴的短路引起的电弧中断 b）粗大熔滴的飘动引起电弧的中断 c）长弧焊时大熔滴的过渡造成电弧的中断 d）熔滴的爆炸引起电弧的中断
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。
图2-39 焊条敞开型电弧和集中型电弧示意图
a）爆炸过渡时的敞开型电弧 b）渣壁过渡时的敞开型电弧 c）粗熔滴过渡时的敞开型电弧 d）喷射过渡时的敞开型电弧 e）渣壁过渡时的集中型电弧 f）粗熔滴过渡弧根处于熔滴的底部时的集中型电弧 g）粗熔滴过渡弧根处于熔滴的根部时的集中型电弧
图2-40 焊条敞开型电弧和集中型电弧的实例（拍摄速度：1000f/s）
a）敞开型电弧 b）集中型电弧
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 焊条电弧焊电弧稳定性结点图
Ⅰ—喷射过渡 Ⅱ—渣壁过渡 Ⅲ—爆炸过渡 Ⅳ—粗熔滴过渡 A—连续型电弧 B—敞开型电弧 C—非活动型电弧 A′—断续型电弧 B′—集中型电弧 C′—活动型电弧
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。
表2-3 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
注：Z208焊条为粗熔滴过渡，但由于药皮含有多量石墨因而形成非活动型电弧，属于特例。
Ⅰ—喷射过渡 Ⅱ—渣壁过渡 Ⅲ—爆炸过渡 Ⅳ—粗熔滴过渡 A—连续型电弧 B—敞开型电弧 C—非活动型电弧 A′—断续型电弧 B′—集中型电弧 C′—活动型电弧
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。
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。
表2-4 焊条电弧焊熔滴过渡形态与飞溅的关系
注：“▲▲”表示强烈的飞溅，“▲”表示飞溅程度一般，“-”表示基本上不产生飞溅。
①钛型、钛钙型、氧化铁型结构钢焊条可以出现熔池气体逸出飞溅，钛钙型不锈钢焊条一般不会出现。
②钛钙型结构钢焊条粗熔滴过渡只占有较小的比例。
③高纤维素焊条是以喷射过渡为主要过渡形态，但还会出现滴状过渡和爆炸过渡。
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。
图2-42 焊条不同熔滴过渡形态电弧对焊条加热机制的影响示意图
a）粗熔滴过渡，极性斑点通过熔滴热对流间接加热焊芯和药皮 b）渣壁过渡，极性斑点对焊芯直接加热、熔滴热对流间接对焊芯和药皮加热以及弧柱对药皮的辐射加热 c）喷射过渡，电弧极性斑点对焊芯直接加热，电弧加热效率高，但气流对电弧的冷却作用，电弧热利用率有所降低
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。
表2-5 焊条熔滴过渡形态特征
表2-6 焊条熔滴过渡形态与焊条工艺性的关系
①指在焊接过程中焊条前、后段工艺性的变化程度。
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。