CO2气体保护焊熔滴的排斥过渡及药芯焊丝应用优化

1.药芯焊丝CO₂气体保护焊熔滴排斥过渡时力的分析

早在20世纪60年代，国内外对熔滴过渡理论进行了十分详尽的研究，发表了大量的论文^[11-13]。论文认为：在熔化极电弧焊时，金属熔滴受到多种力的作用，这些力大致有表面张力、气体动力、电磁力、电弧斑点的压力、等离子体流力和重力等；熔滴以怎样的形态过渡，最终取决于这些力的综合作用；当作用在熔滴上的静态分离力大于静态保持力时，熔滴从焊丝端部脱离而实现过渡。

用不同的熔焊方法焊接时熔滴的受力情况有所不同，焊条电弧焊时由于电流密度较小，与焊接电流有关的各种力，如电磁力、等离子体流力、电弧斑点的压力等，不起主要作用，熔滴所受到的力主要是由焊条渣系和药皮成分决定的表面张力和气体动力，就是说它主要是由焊条本身的因素决定的，当焊条渣系和药皮成分确定之后，在正常的焊接参数下，该种焊条的熔滴过渡形态就已经确定了。因此某一类型焊条的熔滴过渡形态是确定的，它是该种焊条本身的属性^[14]。

药芯焊丝在CO₂气体保护焊条件下，金属熔滴所受到的作用力要复杂一些，不同的熔滴过渡形态熔滴的受力状态不相同。当熔滴呈排斥过渡时，焊丝端部的熔滴受到的主要的作用力除了上面提到的电磁收缩力、电弧斑点压力、表面张力和重力等以外，还应该考虑CO₂保护气体产生的排斥力的作用。图5-1是CO₂气体保护焊排斥过渡熔滴处于悬滴状态时的受力状况示意图，在排斥过渡时，已经长大的熔滴处于焊丝的一侧，其上分布的主要力有电磁收缩力F_e、熔滴表面张力Fσ、电弧斑点的压力F_a、重力F_g，此外还有保护气体形成的排斥力F_r等。

电磁收缩力是电流流过导体时产生的电磁力，其作用是使导体受到压缩，在图5-1所示的情况下，电流在通过焊丝与熔滴连接处时，由于连接处截面积较小，电流密度相对较大，因此产生很大的电磁收缩力F_e，电磁收缩力的大小与电流平方成正比，其作用是使熔滴与焊丝连接处产生颈缩，促使熔滴与焊丝脱离，同时，在颈缩处电磁力产生的轴向分力由小截面指向大截面，促使熔滴的过渡。电流增大时，电磁收缩力急剧增大，往往对熔滴的过渡起着主要作用，成为影响熔滴过渡形态的主要力。

熔滴上电弧的极性斑点将承受电子（反接）或正离子（正接）的撞击力，如果采用直流反接，焊丝接正极，则在焊丝端部电弧阳极区存在高速运动的电子流，对阳极斑点形成电子流的压力，它给予熔滴向上的推力，阻止熔滴的过渡；另一方面CO₂气体保护焊时，由于CO₂气体的冷却作用，极性斑点面积被压缩得很小，斑点处电流密度很高，将使金属强烈地蒸发，金属蒸发时对金属熔滴表面产生很大的反作用力，对熔滴造成压力。这两方面的作用构成电弧斑点对熔滴的压力F_a，它成为阻碍熔滳过渡的主要力之一。

图5-1 CO₂气体保护焊排斥过渡熔滴处于悬滴状态时的受力状况示意图

F_r—CO₂气体排斥力 F_e—电磁力 F_a—电弧斑点的压力 Fσ—表面张力 F_g—重力 I—电流方向

表面张力Fσ主要是由焊接材料本身的因素决定的，CO₂气体保护焊时，药芯焊丝渣系、药芯成分、实心焊丝表面状态等因素都将对熔滴表面张力产生影响。一般情况下熔滴表面张力Fσ的作用是使熔滴尽可能保持大的尺寸，并使其保持在焊丝端部，阻止熔滴的过渡，表面张力Fσ越大，熔滴尺寸越大。当电流较小时，熔滴上的电磁收缩力F_e较小，不足以使熔滴脱离焊丝端部而落向熔池，这时作用于熔滴上的表面张力Fσ会更明显地表现出来，阻止熔滴过渡。

在气电焊时，通常还存在等离子体流力的作用。由于电弧的外形通常呈圆锥形，断面上下不等的电弧，其内部的电磁力是不一样的，上边的压力大，下边的压力小，形成压力差，使电弧产生轴向等离子气流，它造成从焊丝端部向工件的气体流动，电流较大时，高速等离子体流将对熔滳产生很大的推力^[15]。当CO₂气体保护焊熔滴为排斥过渡时，由于电流还不很大，等离子体流力对熔滴过渡的作用还不十分明显，因此在图5-1中也未表示，当大电流细颗粒过渡时，等离子体流力对熔滴过渡的作用将会较明显地体现。至于气体动力，有的文献中曾肯定气体动力对CO₂气体保护焊熔滴过渡的作用，事实上气体动力在焊条电弧焊时是形成爆炸过渡和喷射过渡的动力源，当CO₂气体保护焊熔滴为排斥过渡时，熔滴内部产生的气体的析出造成气体逸出飞溅或爆炸飞溅，实际中难以体现它对熔滴过渡的作用。平焊时重力对悬挂在焊丝端部的粗大熔滴起着促进熔滴过渡的作用，但是其影响是有限的。

作者认为不能忽视CO₂气体膨胀形成的对熔滴的排斥作用，它力图使熔滴被推离焊接电弧区以外。CO₂保护气体之所以对熔滴产生排斥作用，首先是由于在高温下CO₂气体分解时体积的增大。在高温下CO₂气体产生如下分解并处于平衡状态：

2CO₂=2CO+O₂

O₂高温下进一步分解为氧原子：

O₂=2O

当电弧温度达到5000K时，O₂的解离度高达99%，以上过程使CO₂气体的体积增大。另一方面CO₂气体密度较大，从喷嘴出来后容易堆积在熔池上部，不会很快飘散，CO₂气体被电弧加热时体积膨胀较大，堆积在熔池上部的CO₂气体的膨胀也会对电弧区的熔滴产生向外排斥的作用^[16，17]。

综合上述原因，焊接过程中CO₂保护气体有热分解，也有热膨胀，其进入电弧空间后体积会迅速增大，从而形成将电弧空间内的熔体排斥出电弧空间以外的作用力场，加上作用在熔滴上的电弧斑点压力，加剧了对熔滴的排斥作用。

应该特别指出，药芯焊丝在焊接时熔滴受力状况与焊接参数大小有关，随着焊接电参数的变化，各种力的大小和方向将可能发生变化，致使熔滴过渡的参数不断改变^[8]。事实上不仅是焊接参数对熔滴受力产生影响，药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时，熔滴受力状况也不是静态的，在熔滴形成、逐渐长大直到将脱离焊芯向熔池过渡前的不同阶段，熔滴的受力状况都会发生变化，对熔滴的行为产生影响，决定熔滴过渡的趋势。图5-2是药芯焊丝CO₂气体保护焊一个熔滴从形成、长大到过渡全过程的高速摄影照片，是从170帧照片中选取有代表性的28帧。由第1、11帧照片看到熔滴尚处在形成的阶段，熔滴位于焊丝中部，稍有偏斜；之后熔滴逐渐进入长大阶段，熔滴处在焊丝的一侧，一直长大至第160帧，这一阶段作用在熔滴上的力维持着相对平衡状态；第162帧之后为熔滴从焊丝端部脱离与过渡阶段，作用于熔滴上的力发生了变化，促使熔滴过渡的力起了主导地位，到第170帧发生了熔滴的过渡。

图5-2 药芯焊丝CO₂气体保护焊一个熔滴从形成、长大到过渡全过程的高速摄影照片

焊丝样品：KFX-71T03.04.27；焊接参数：25V/160A，φ1.2mm；拍摄速度：3000f/s。

药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时，熔滴的形成、长大到过渡的不同阶段受力情况见表5-1。

在熔滴形成初期，因为熔滴大都是在前一个熔滴过渡后的基础上形成的，如果前一个熔滴出现颈缩后分离，过渡后会有明显的熔体残留，于是在焊丝下端残留的熔体便成为新熔滴形成的基础；如果前一个熔滴是在焊丝的根部脱离，整体进行了过渡，焊丝端部很少有熔体残留，这时在熔滴从焊丝端部脱离的瞬间，电弧会在焊丝的下端立即引燃并较均匀地使其熔化，从而在焊丝的下端形成新的熔滴。不管是上述哪一种情况，在熔滴的形成阶段，处在焊丝底部的熔滴体积很小，重力对熔滴的作用不大，熔滴悬挂在焊丝端部基本不偏离或很少量偏离焊丝的中心线（图5-2中第1、11帧照片），焊丝与熔滴的接触面较大，因此流经这一截面的电流密度并不大，电磁收缩力F_e较小，对熔滴从焊丝端部的脱离和过渡的推动力很小，而此时熔滴的表面张力Fσ和作用在熔滴底部的电弧力F_a形成强大的阻碍熔滴过渡的合力，其远大于推动熔滴过渡的力，于是熔滴会保持在焊丝端部并逐渐长大。

随着熔滴的长大（图5-2中第97～162帧照片），长大的熔滴出现明显的动荡，在熔滴底部的电弧斑点也会随着熔滴的动荡而飘移，电弧力的方向不可能稳定维持在焊丝的中轴线上，电弧力方向的偏斜使熔滴偏向焊丝的一侧，并附着在焊丝端部的侧面。由于熔滴与焊丝接触面还比较大，此处熔滴的表面张力较大，而在接触面上受到的电磁收缩力并不十分大，此时作用在熔滴上的力的分布情况是：熔滴的表面张力Fσ与电弧力F_a形成的阻碍熔滴过渡的合力，其略大于推动熔滴过渡的重力F_g（在平焊状态下）和电磁收缩力F_e的合力（表5-1中熔滴长大阶段），因此熔滴不会脱离焊丝端部进行过渡，于是熔滴将继续长大。

表5-1 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴形成、长大的不同阶段受力情况分析

Fσ—表面张力 Fσ+—更强表面张力 Fa—电弧斑点压力 Fa+—更强电弧斑点压力 F′a—向外倾斜的电弧斑点压力

Fe—电磁收缩力 Fe+—较强电磁收缩力 Fg—重力 Fr—保护气体的排斥力

随着熔滴的继续长大，进入熔滴的脱离和过渡阶段，此时熔滴的上部出现颈缩，从图5-2中第167～169帧照片看到，其截面有时比焊丝断面更小，因此电流密度会很大，产生更大的电磁收缩力F_e，促使熔滴在这里断开；在这一阶段电弧力的作用也会出现新的情况，随着熔滴的进一步偏离，电弧力F_a的作用方向由向上阻碍其从焊丝脱离，转变为指向外侧，从图5-2中第163～169帧照片看到，电弧力对熔滴的作用方向逐渐转变为指向朝外，促使熔滴从焊丝端部分离；另外熔滴表面张力Fσ对熔滴的收缩作用也形成对颈缩处的熔滴金属的牵拉，促使其断开，于是Fσ的作用由原来阻止熔滴过渡，转变为促进熔滴的过渡；而且气体排斥力F_r对偏斜的大熔滴的排斥作用也会显现出来，力图将熔滴排斥出焊接区。因此这种情况下，电弧力F_a、电磁收缩力F_e、熔滴表面张力Fσ和保护气体的排斥力F_r组成的合力促使熔滴从细颈处断开，显然此时作用在熔滴上的力分布已不可能达到平衡，于是熔滴会从颈缩处发生分离，形成大熔滴的过渡或大颗粒飞溅。

通过以上对药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡条件下熔滴排斥过渡过程不同阶段受力状况和对熔滴行为影响的分析，说明作用于熔滴上的力不是静态的，而是一个动态的过程，随着熔滴的长大，不仅力的大小会改变，而且有的力的作用方向也会改变，认识这一点后，才可能正确解释熔滴行为的种种表现和行为特征，把握熔滴过渡形态的变化规律，从而优化其行为。

药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时，一直认为熔滴的表面张力Fσ是使熔滴保持在焊丝端部并阻止熔滴过渡的力，这种认识只是在熔滴形成和成长阶段、熔滴尺寸还没长得很大的时候才成立。但是当熔滴长得很大、熔滴已经产生明显的颈缩时，情况将会发生改变，此时表面张力Fσ表现出两个方面的作用，除了使熔滴的收缩而起着阻碍熔滴的过渡外，另一方面是熔滴自身收缩作用而促使熔滴的颈缩处断开，而后者在熔滴产生颈缩时表现得更明显，在表5-1中用F_σ⁺表示，它是推动熔滴过渡的力，可以促进熔滴的过渡。因此表面张力Fσ对熔滴行为的影响在熔滴形成、长大的不同阶段会发生改变。

一般认为作用于熔滴底部的电弧力F_a是阻止熔滴的过渡的，但由于长大的熔滴产生明显的动荡，电弧也随之激烈飘动，因此电弧力F_a的作用方向往往发生偏斜，产生与焊丝轴线垂直的向外的分力（表5-1中用F′_a表示），此时电弧力将促进熔滴的脱离。另外，CO₂气体保护焊时保护气体形成的排斥力F_r对熔滴行为的影响也会随着熔滴的长大表现出来。更显而易见的是电磁收缩力的作用变化，随着熔滴的进一步长大，熔滴发生颈缩，电磁收缩力迅速增强（表5-1中用F_e⁺表示），促使熔滴在颈缩处断开，此时电磁收缩力F_e更体现出它推动熔滴的脱离和过渡的作用。

2.药芯焊丝CO₂气体保护焊熔滴排斥过渡特点

排斥过渡是CO₂气体保护焊具有的主要的熔滴过渡形态之一，这一术语在国际焊接学会（IIW）熔滴过渡形态分类资料中提及^[18]。图5-3是作者选取的钛系药芯焊丝CO₂气体保护焊和碱性药芯焊丝混合气体保护焊排斥过渡时典型熔滴行为的高速摄影单帧照片，从图中可以看到一个很大的熔滴悬挂在焊丝端部的一侧，熔滴尺寸一般可以长大到焊丝直径的2.5倍，电弧在熔滴的底部燃烧，有时可以在焊丝的下端看到伸向熔池的渣柱（图5-3a、e、f），但有时渣柱因被悬垂的大熔滴包裹着而看不到，在焊丝端部悬垂着特大的熔滴是排斥过渡的最直观的表现，显然熔滴颗粒大是排斥过渡的突出特点。

图5-3 药芯焊丝排斥过渡时悬垂状熔滴单帧照片

a）、b）KFX-71药芯焊丝，φ1.2mm，21V/60dm/min c）、d）DW100药芯焊丝，21V/60dm/min e）ESAB碱性药芯焊丝，24V/45dm/min，φ1.6mm，80%Ar+20%CO₂ f）LIN药芯焊丝，φ1.4mm，125V/45dm/min，80%Ar+20%CO₂ g）、h）DQ-A1碱性药芯焊丝，23V/55dm/min，φ1.6mm，80%Ar+20%CO2

图5-4是编号DW100的焊丝样品在预置电压25V、送丝速度90dm/min焊接时的高速摄影照片，拍摄速度为1200f/s，焊丝直径为φ1.2mm，一个熔滴过渡的全过程共95帧照片，图5-4选取了其中的一部分。由图可看出：大熔滴较长时间悬挂在焊丝端部，并偏向焊丝的一侧；当熔滴长到足够大的时候，它与熔池刚一接触则电弧熄灭（第83帧照片），熔滴的整体在熔滴与焊丝端部连接处断开；当熔滴脱离焊芯的一刻电弧即刻重燃，从焊丝端分离的熔滴，在远离焊丝轴线的熔池边缘的地方先与熔池接触，然后在熔池的表面张力作用下将熔滴逐渐拉入熔池（第85～95帧照片），完成了熔滴的一个过渡周期。照片反映了大熔滴排斥过渡时熔滴的整体从焊丝端部脱离这一特征。计算得到它的过渡周期约为79ms，按照一个过渡周期的时间估算，这一案例排斥过渡的频率大体为12.7s-1。

图5-5是KFX-71T药芯焊丝样品CO₂气体保护焊排斥过渡时随机选取的高速摄影照片，拍摄速度为3000f/s，可以看出过渡周期从第3帧开始至161帧结束，共158帧照片，历时约53ms。这幅照片同样是典型的大熔滴排斥过渡的实例，按这一过渡周期估算其过渡频率约为18.9s-1。显然，过渡频率低也是排斥过渡的特征之一。

图5-4 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴行为的高速摄影照片（一）

焊丝样品：DW100药芯焊丝，φ1.2mm；焊接参数：26V/90dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

图5-5 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴行为的高速摄影照片（二）

焊丝样品：KFX-71T03.04.27；焊接参数：25V/160A，直流反接；拍摄速度：3000f/s。

从图5-5还看出：熔滴的形成阶段，处在焊丝底部的熔滴体积很小，熔滴悬挂在焊丝端部，基本不偏离或稍微偏离焊丝的中心线；熔滴附着在焊丝的某一侧长大，有时沿焊丝周边运动，直到脱离焊丝端向熔池过渡，都不是在焊丝的中间位置进行的。在照片上看到的似乎是熔滴平稳地过渡，然而连续放映照片时会看到另外的情景：大熔滴不停地自身旋转、摇摆、动荡，熔滴离开焊丝后，先是与熔池接触，随后接触面迅速扩大；当它还没有完全进入熔池前，熔滴由于自身的惯性仍然在剧烈旋转翻滚；进入熔池后它的转动惯性甚至造成熔池的剧烈翻动。从以上几个案例看出，熔滴的自身旋转和剧烈翻动、熔滴的偏离和非轴向过渡是排斥过渡的重要特征。

很多研究者将排斥过渡的形成归结为电弧斑点压力对熔滴的排斥作用，因为在CO₂气体保护焊条件下，CO₂气体高温分解吸热反应对电弧的冷却作用使电弧电场提高，电弧的收缩和弧根面积的减小增加了斑点的压力，因而阻碍熔滴的过渡[1]。当熔滴偏向一侧时，电弧斑点压力不仅明显地阻碍熔滴的过渡，而且还力图将其推离焊丝的轴线。如图5-6所示的Ho_- bart焊丝在小参数下CO₂气体保护焊的高速摄影照片支持了这种解释。从图看出，第8、9两帧照片中大熔滴在焊丝的一侧悬挂着，电弧处于熔滴的底部，显然这是电弧力的作用（第8、9两帧照片中箭头标示的方向）使熔滴维持在焊丝的端部的一侧继续长大，并最终脱离焊丝，向焊丝的一侧远离焊丝轴线方向飘离（第10、11帧照片）。这幅照片显示出电弧斑点压力对形成排斥过渡的重要作用。

当作者观察了大量的CO₂条件下药芯焊丝熔滴过渡的高速摄影资料时发现，有许多熔滴过渡现象很难单纯用在极性斑点上的电弧压力来解释。例如在图5-7中看到的，当熔滴由于电弧力的作用被推离焊丝端部后（第8、9帧照片），并没有进入熔池，而是被推得更远（第21～41帧照片）。

图5-6 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴行为的高速摄影照片（三）

焊丝样品：Hobart03.03.19；焊接参数：25V/160A，直流反接；拍摄速度：2000f/s。

图5-7 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴行为的高速摄影照片（四）

焊丝样品：KFX-71药芯焊丝；焊接参数：21V/60dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

上述案例中如果熔滴脱离焊丝前的瞬间受电弧力作用的话，那么当熔滴完全脱离焊丝后电弧力的作用就不存在了，之后熔滴被推离和飘浮的现象显然不能用受到电弧压力的作用来解释，那么除了电弧极性斑点对熔滴产生压力之外，在CO₂气体保护焊条件下，在电弧区存在着电弧极性斑点压力以外的某种排斥力的作用，这个力最可能的是前面谈到的由CO₂体积的增大膨胀在电弧周围形成的排斥力场的作用。

CO₂气体保护焊时由于CO₂气体密度比较大，因此往往在熔池表面有一定时间的覆盖和聚集，提高了CO₂气体对熔池的保护效果。同时CO₂气体的热膨胀和热分解会引起其体积的增大，造成气体由靠近电弧中心区向周围膨胀和扩张，在焊接区形成了排斥作用力场。在靠近中心部位产生的排斥作用最强，熔滴颗粒越大，熔滴受到的排斥力越大，强大的排斥力将熔滴推向焊丝的一侧。当熔滴脱离焊丝后，熔滴有时会被排斥力推离电弧区，并飘浮得很远。大熔滴的飘浮现象在粗熔滴过渡时十分常见，它不仅出现在CO₂气体保护焊时，在混合气体保护焊时也会发生。

关于排斥过渡时熔滴是否与熔池短路有不同的说法，按国际焊接学会（IIW）熔滴过渡形态分类资料提出的概念[18]，排斥过渡（Repelled Transfer）属于自由过渡（Free Flight Transfer）分类范围，焊接时熔滴应该是不与熔池短路的。而实际焊接时，短路过渡和不短路过渡两种情况都有可能，当电压设置比较低时，排斥过渡的短路概率增大，当电压较高而电流不太大时，熔滴不易与熔池短路，排斥过渡的短路概率减小。

图5-8和图5-9是作者早年用高速摄影仪器拍摄的反映CO₂气体保护焊排斥过渡时发生短路和不短路过渡的照片。可以看出当电流为140A、预置电压为28.5V时，熔滴为不短路过渡（图5-8）；当电流同样为140A而电压预置为26V时，熔滴为短路过渡（图5-9）。

图5-8 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时不发生短路的高速摄影照片（拍摄速度：2000f/s）

焊丝样品：YC502Q04.07.02；焊接参数：28.5V/140A。

图5-9 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时发生短路过渡的高速摄影照片（拍摄速度：3000f/s）

焊丝样品：KFX-71T02.03.18；焊接参数：26V/140A。

排斥过渡时熔滴的短路行为有两种情况，一种是大熔滴的非桥接过渡，熔滴的整体从焊丝端部脱离进行过渡，另一种情况是熔滴与熔池短路，发生桥接过渡。

大熔滴的非桥接过渡有时也会发生瞬间的短路，但不形成短路桥。图5-10是典型的大熔滴非桥接过渡照片，可以看到在短路尚未形成短路桥时，熔滴从焊丝端的熔滴根部与焊丝分离（图5-10a第3帧照片、图5-10b第8帧照片），熔滴的整体向熔池过渡，在分离的瞬间电弧在焊丝端与分离的熔滴之间重新燃起。这种过渡方式的特点是：熔滴从焊丝端的熔滴根部与焊丝整体脱离进行过渡，过渡过程瞬间完成，过渡时不发生熔滴与熔池的桥接，熄弧时间很短。

图5-10 药芯焊丝CO₂气体保护焊熔滴排斥过渡时发生瞬间短路的高速摄影照片

焊丝样品：DW100药芯焊丝，φ1.2mm；焊接参数：26V/90dm/min；拍摄速度：1200f/s。

图5-11所示为排斥过渡时熔滴短路桥接过渡的实例。焊接参数为21V，送丝速度为60dm/min，焊丝样品为DW100。该图是一个熔滴从形成、长大、桥接短路过渡和电弧重燃全过程的119帧照片中选取的30帧照片，可以看出：第1～104帧照片熔滴在逐渐长大，第105～116帧照片熔滴发生短路，电弧熄灭，熔滴进行了过渡，短路和过渡过程进行了不到10ms，从第117帧照片开始电弧重新引燃。熔滴的过渡周期大约100ms。显然熔滴的过渡是通过桥接的方式实现的，短路的熄弧时间相当长。

熔滴进行桥接短路过渡时存在发生短路电爆炸的风险。图5-12所示为KFX-71药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴短路行为的案例。从图中看到在第3～12帧照片熔滴与熔池短路，短路时间约8.3ms，在短路过渡完成后只发生了轻微的飞溅（第13帧照片）。

然而也有短路过渡引起强烈的电爆炸飞溅的情况。图5-13、图5-14是排斥过渡短路引起强烈电爆炸飞溅的照片，这两个案例的共同特点是发生短路延续时间比较长，当摄影速度为1200f/s时，图中记录的短路过程分别为3～10帧照片和4～12帧照片，约6.0ms。应该指出测试的样品发生强烈的电爆炸飞溅的概率并不很大，统计的发生强爆炸飞溅的频率相当于熔滴过渡频率不到15%。

图5-11 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时发生短路桥接过渡的高速摄影照片（一）

焊丝样品：DW100药芯焊丝，φ1.2mm；焊接参数：21V/60dm/min；拍摄速度：1200f/s。

图5-12 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时发生短路桥接过渡的高速摄影照片（二）

焊丝样品：KFX-71药芯焊丝，φ1.2mm；焊接参数：21V/60dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

图5-13 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时短路引发强烈电爆炸飞溅的高速摄影照片（一）

焊丝样品：DW100药芯焊丝，焊丝直径：φ1.2mm；焊接参数：26V/90dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

通过高速摄影照片统计的排斥过渡时熔滴相关的过渡参数见表5-2。试验采用Petazent-16型德国产高速摄影机，焊丝直径为φ1.2mm，采用时代公司产NB-500型电焊机，CO₂保护气体流量为18mL/min。试板为内径φ113mm、壁厚10mm、长450mm的钢管，将其置于自动行走小车上沿长度方向运动，在焊枪位置固定条件下实现平焊位置焊接。试验表明，当焊丝直径为1.2mm、焊接电流为150～200A时，钛系药芯焊丝CO₂气体保护焊熔滴的排斥过渡频率大体为12～25s^-1。表5-2列示了部分样品熔滴过渡频率的数据，看出在设定参数下，所测试的药芯焊丝样品熔滴过渡频率大体上为20s^-1左右。表5-2中还统计了发生飞溅的情况。

图5-14 药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时短路引发强烈电爆炸飞溅的高速摄影照片（二）

焊丝样品：KFX-71药芯焊丝，焊丝直径：φ1.2mm；焊接参数：21V/60dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

表5-2 CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴过渡参数统计表

通过对诸多案例的观察与测试，对熔滴排斥过渡过程可做这样的描述：当一个熔滴过渡之后，新的熔滴可能在前一个熔滴过渡后的残留液滴的基础上生成，此时熔滴处于焊丝的中心轴线；随着熔滴的逐渐长大，电弧力很容易发生偏斜，将熔滴推向焊丝的一侧，由于药芯焊丝断面结构的特点（特别是“O”形结构），熔滴更容易在钢皮上附着；电弧在熔滴的底部燃烧，强烈地加热熔滴，过热的熔滴通过热对流对焊丝加热，新熔化的金属融入已经形成的熔滴中，使熔滴在焊丝的一侧逐渐长大，偏斜的熔滴与电弧力的作用相互影响，使熔滴的偏斜程度加剧，更明显地偏向焊丝的一侧；强烈的热对流使得附着在焊丝一侧的钢皮上的熔滴快速旋转，由于电弧对钢皮的加热和熔化是通过偏离一侧的熔滴实现的，因此电弧对焊丝加热是不均匀的，必然导致熔滴在焊丝端面沿周边运动；当熔滴进一步长到足够大、相当于焊丝直径2～2.5倍（焊丝直径1.2mm）时，在熔滴的根部与焊丝端部之间有时会产生颈缩，电流流过细颈时产生的电磁收缩力促使熔滴与焊丝端部脱离，此时表面张力对熔滴的收缩起着对熔滴的牵拉作用，促进熔滴从细颈处分离，并偏离焊丝轴向中心线过渡；在平焊状态下，重力的作用促使熔滴过渡；大颗粒飘动的熔滴过渡时往往由于保护气体产生的排斥力的作用，使熔滴有时在偏离焊丝较远处进入熔池，当熔滴脱离焊芯后还没来得及完全进入熔池时，存在着被排斥力推出去的可能性，熔滴越大，活动性越强，被排斥出电弧区的可能性越大。存在这种可能：即大熔滴在排斥力的作用下，没能完全进入熔池，而飞离出电弧区，形成大颗粒飞溅；熔滴特别粗大，熔滴过渡频率低，在正常的焊接参数下，熔滴过渡频率大体为12～25s^-1。以上所述是钛型药芯焊丝CO₂气体保护焊排斥过渡时熔滴行为的主要特征。