以石油和天然气输送管道为主的长输管道建设正在世界范围内不断发展壮大。焊接技术在长输管道的野外安装工程中一直扮演着重要的角色。在众多的长输管道野外焊接施工技术中，管道复合焊接技术，即采用纤维素焊条打底自保护药芯焊丝填充、盖面的焊接技术，得到了较为普遍的应用。在这一管道复合焊接技术中被大量采用的纤维素焊条和自保护药芯焊丝，要求具有全位置立向下焊接工艺性和优良的焊接接头性能，在全世界仅有为数不多的几个厂家生产，该类产品的焊接工艺性能和接头力学性能仍在持续改进中。　　 焊接材料的电弧物理特性，包括熔滴过渡模式，熔滴过渡机理，电弧行为及电弧参数特征等，是指导焊接材料工艺性能和力学性能改进的最重要理论之一，也是实现科学和定量评价焊接材料工艺性的必要理论基础。然而，长输管道焊接材料电弧物理理论的研究相对不足，远远落后于该类焊接材料研发和改进的实践。因此，深入研究长输管道焊接材料熔滴过渡规律和电弧行为参数特征，揭示该类焊接材料工艺性和其电弧物理特性的关系，进而指导该类焊接材料的研发，以及工艺性定量评价，具有十分重要的工程应用价值和学术理论意义。　　 针对长输管道焊接材料工艺性能改进和分析评价，主要采用工艺性试验方法、高速摄影/摄像方法、汉诺威焊接参数采集分析方法、数理统计分析方法，设计系统试验研究方案，在工艺性试验研究，熔滴过渡模式确认分析，电弧电压和焊接电流参数采集及统计分析基础上，深入分析探讨焊接材料工艺性和熔滴过渡关系，熔滴过渡和电弧参数关系，并使用数学方法通过电弧参数分析评价焊接材料的工艺性。研究得出以下主要结论：　　 SiO2和FeO降低纤维素焊条熔渣熔点，并且SiO2的作用最显著；TiO2和MgO提高熔渣熔点，但是影响不显著。应严格控制SiO2和FeO的含量，TiO2、MgO含量可以适当波动。提高熔渣熔点的最佳组合为FeO:9wt％,TiO2：24wt％,MgO:18wt％,SiO2含量应降到最低。　　 采用具有高温分解气体的药皮组成物，如碳酸盐、纤水镁石等，对提高焊条电弧吹力、改进立向下焊接操作性具有关键作用；采用超低模数和适当浓度的水玻璃是解决焊条压涂性的关键，试验得出的结论为：当模数为2.0，浓度约在26～28wt％范围内时，湿药粉的粘性、弹性、和流动性最佳，焊条表皮光滑致密，最有利于压涂生产。　　 纤维素焊条熔滴过渡模式为：细颗粒和大颗粒喷射过渡，爆炸过渡，短路过渡。飞溅形式为大颗粒偏飞、爆炸飞溅和小颗粒喷洒飞溅。熔滴的形成、长大，直到发生过渡、爆炸或偏飞具有明显的周期性特征，而细颗粒的喷射过渡或飞溅则伴随焊条燃烧全过程。大熔滴偏飞是该焊条的主要飞溅模式，在立向下焊接位置时尤其严重。研究表明，纤维素焊条较强的规律性的颗粒喷射过渡，有利于电弧稳定性，立向下焊接操作性，单面焊双面成形，提高熔敷效率，是纤维素焊条获得优良工艺性的保证。而纤维素焊条大熔滴颗粒的偏飞是造成电弧不稳定，熔敷效率低等恶劣工艺性的主要原因。这一结论对纤维素焊条的研发，特别是对其工艺性的改进具有重要的参考和启示作用。　　 自保护药芯焊丝熔滴过渡模式为：弧桥并存过渡，电弧排斥过渡，颗粒过渡，其中弧桥并存过渡可细分为表面张力过渡和爆炸过渡。弧桥并存过渡是熔滴或渣柱与熔池接触形成的过渡桥和持续燃烧电弧同时存在的一种过渡模式，是自保护药芯焊丝的主要过渡模式，尚未见报道。弧桥并存表面张力过渡通过“桥”的表面张力作用实现熔滴过渡，没有爆炸，不产生飞溅；弧桥并存爆炸过渡，由于电弧的分流作用，其爆炸飞溅较小。因此弧桥并存过渡是自保护药芯焊丝理想的过渡模式。试验分析得出，弧桥并存过渡频次越高，弧桥并存过渡时间越长，工艺性越好。　　 提出基于汉诺威弧焊质量分析的，以短路电压概率密度和Σn(Us)、短路电流概率密度和Σn(Is)以及短路频次和∑n(T1)为判据的纤维素焊条焊接工艺性评价方法。电弧电压的傅立叶变换数学分析表明，电压信号的主频可表征短路过渡形态，主频频率和短路过渡频次基本吻合，可以用短路过渡的主频评价焊条工艺性。　　 针对自保护药芯焊丝弧桥并存过渡的特点，确定采用低于17.5V，持续时间大于0.5ms的电压值表征自保护药芯焊丝弧桥并存过渡。基于对弧桥并存过渡频次和过渡时间数据的数理统计分析，并通过数学方法可以计算出描述自保护药芯焊丝弧桥并存过渡持续时间的特征值t50。自保护药芯焊丝弧桥并存过渡数量越多，特征值t50越大，工艺性越好，这与工艺性试验结果一致。　　 采用焊接电弧电压和电流的标准偏差，以及变异系数δU和δI可以分析评价自保护药芯焊丝电弧稳定性。采用相应的电压偏差直方图能够更直观地评价焊条的电弧稳定性。瞬时电压电流U-I图可以直观分析焊接过程中电弧电压和电流的分布并评价焊接过程稳定性，该评价方法具有快速简单的优点。