目前国外主要是采用热力学和动力学计算对自保护药芯焊丝进行研宄,通过预测焊缝中夹杂物的形成以及微观组织进行调整。国内主要研究重点是自保护药芯焊丝冶金理论方面。国内工作研宄表明一般情况下,耐磨自保护药芯焊丝焊缝气孔产生并不是由于扩散氢含量过高,氮和氧是导致自保护药芯焊丝焊缝气孔产生的主要因素,同时也可是引起气孔的一个主要原因,因此耐磨自保护药芯焊丝焊缝气孔具有一定的复杂性。
耐磨自保护药芯焊丝的保护机理一般有渣保护、气保护及合金元素保护三种,渣保护和气保护的原理是药芯配方内添加了一定量的矿物粉,这些药粉通过在焊接高温下分解气体,形成保护屏障阻止空气中H2、N2、O2进入溶池,或是当焊丝形成溶滴时造渣剂生成溶渣均匀迅速覆盖溶池并进行冶金反应,从而保护焊接溶池免受空气中N2、O2的入侵。渣保护中的造渣剂在保护溶滴同时,还和溶滴之间还发生了冶金反应,对溶滴有脱氮、脱氧的作用,有效的降低了焰池的N、O含量。利用合金元素保护的原理是添加和N、O有较强亲和力的元素到耐磨自保护药芯焊丝中,这些元素与N、O在焊接时生产稳定的化合物,从而达到脱氧、脱氮的目的,保护了恪池。其中前苏联研究的自保护焊接用实心焊丝,加入强脱氧元素Ti、Zr、Al、Ce利用合金元素在焊接过程中进行脱氧、脱氮,以消除空气中进入焊接溶池中的氧和氮的不良影响,充分的利用合金元素自保护原理。
对于造气为主的耐磨自保护药芯焊丝,药芯造气过多保护效果好但是容易产生较大的飞溅,影响焊接工艺性,药芯造气少又会导致保护不足。因此现在大多数自保护药芯焊丝不是单一的保护,往往是气保护-渣保护、渣保护-合金元素保护、气保护-合金元素保护以及气保护-渣保护-合金保护,这种混合保护效果更好。