转向架作为高速列车的重要组成部件,其钢结构的焊接目前主要采用实心焊丝气体保护焊,存在焊接效率低、焊接飞溅大等问题。金属粉型药芯焊丝作为近年来国际上大力发展的新型焊材,兼具实心焊丝熔敷效率高与熔渣型药芯焊丝焊接冶金成分调整方便的特点,目前在船舶制造业已有应用,在高速列车转向架焊接结构具有极大应用前景。本文针对高速列车转向架用12mm厚Q345E低合金高强钢分别采用实心焊丝、熔渣型药芯焊丝和金属粉型药芯焊丝进行了脉冲MAG焊工艺试验,研究了不同焊材在不同焊接参数下的焊缝成形规律;通过高速摄像图像采集系统研究了不同焊材在不同电参数下的熔滴过渡方式、电弧形态和飞溅特征;焊后分析了不同焊材条件下得到的接头不同部位的微观组织特征,同时测试了接头的力学性能,阐明了不同焊材的合金元素对焊缝金属强韧化的影响规律;通过光谱分析计算得到熔滴反应区等离子体温度,对熔渣型药芯焊丝熔滴反应区和熔池反应区增氧、脱氧过程进行理论计算分析。焊接工艺试验结果表明:采用三种不同的焊材得到的焊缝形貌随焊接电流和焊接速度的变化,呈现不同的变化趋势。熔渣型药芯焊丝由于其药芯成分（SiO₂、TiO₂）发生的焊接冶金反应,使熔滴、熔池氧含量增加,液态金属/熔渣表面张力减少,熔池更易从中心向四周流动,形成宽而浅的焊缝形貌。对接焊试验结果表明:采用金属粉型药芯焊丝焊接低合金高强钢焊接速度比实心焊丝提高20%,焊后无需清渣,工作效率显著提高。熔滴过渡行为研究表明:采用小电流焊接时,熔滴过渡方式基本为短路过渡与大滴排斥过渡,焊接飞溅大。随着电流增大,熔滴过渡方式基本转变为射滴过渡。金属粉型药芯焊丝大电流熔滴过渡方式为射滴过渡与颗粒状过渡并存。熔渣型药芯焊丝在焊丝尖端与熔池间存在的半熔化渣柱可促进熔滴向熔池过渡,减少焊接飞溅。由于采用不同焊材得到的焊缝金属抗拉强度均高于母材,接头拉伸试样均断于母材。实心焊丝和金属粉型焊丝焊缝金属主要的强化方式为合金元素的固溶强化,使其抗拉强度相近,但采用金属粉芯焊丝焊接的焊缝金属低温冲击韧性高于实心焊丝。熔渣型药芯焊丝气体保护焊由于填充层金属在再结晶过程中Mn扩大奥氏体相区,Ti、Nb、V等强碳化物形成元素抑制晶粒长大,组织细化,先共析铁素体、侧板条铁素体大量减少,其通过细晶强化和固溶强化共同作用,焊缝强韧性优于其它两种焊材。显微硬度试验表明,实心焊丝和熔渣型药芯焊丝多层焊接头由于热输入相对较大,盖面层热影响区中粗晶区硬度较大,填充层及打底层热影响区受到回火作用,组织转变为细小铁素体,其硬度与焊缝硬度接近。采用Boltzmann作图法计算得到电弧中心区域等离子体温度为8309K。对熔渣型药芯焊丝熔滴反应区增氧动力学过程进行了分析,表明增氧反应为一个周期变化过程。从理论推导熔池反应区渣-金界面增氧反应在非平衡态下具有稳定性,不会因为某种扰动导致冶金化学反应的非平衡定态发生突变。