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湿法水下焊接 摘要：介绍了湿法水下焊接国内外研究现状，对湿法水下焊接采用的焊接方法进 行总结，并举例说明湿法水下焊接的一些实际应用情况 关键词：湿法水下焊接；进展；应用水下焊接技术已经广泛应用于海洋工程结构、海底管线、船舶、船坞、港口 设施、江河工程以及核电厂的建造和维修中世界各国正在应用和研究的水下焊 接方法种类繁多，到目前为止，已研究和应用的水下焊接方法达20多种陆上生 产应用的焊接技术，几乎都在水下尝试过，但比较成熟、应用较多的还是几种电 弧焊水下焊接一般依据焊接所处的环境大体上分为三类：湿法水下焊接、干法 水下焊接和局部干法水下焊接1、湿法水下焊接所谓湿法水下焊接，是焊接时工件直接置于水环境中，水与电弧之间没有任 何隔离设施，电弧仅仅是靠焊条在焊接过程中产生的气体以及水气化形成的气泡 来保护该类方法操作方便、设备简单、施工造价较低，故应用较广但是，电 弧直接在水中燃烧，焊接的熔滴过渡及焊缝结晶成形过程也是直接在水中完成， 湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现得最为突出由于湿法焊接具有以上优点， 被广泛用于海洋工程的建造安装及维修，特别是近年来随着专用焊条等焊材的不 断改进，湿法水下焊接得到了迅猛发展。

2、湿法水下焊接研究进展杜永鹏等人对水下湿法手工电弧焊焊接设备特性进行了研究水下湿法手工 电弧焊焊接时的焊接电源外特性曲线，如图1所示在水下焊接时，考虑到水的 影响，不同的水温、水深等因素使得引弧变得更困难，所以，需要较大的空载电 压水下湿法手弧焊作业时，焊条产生大量保护气体氛围，电弧电压较高，所以 电源外特性曲线中的自然特性段，也就是图1中的BC段一般要求较高，至少达到 50 V如果自然特性段电压较低，当焊接过程中由于水流的影响或者焊工人为因 素，将电弧拉长，电源的工作点容易从恒流段（DE段）进入自然特性段，达不到稳 定工作点，增大断弧的可能性图2是试验时采用的某型号焊接设备外特性试验表明，选取的焊接电源能 够克服焊接电缆导致的压降以及焊接过程中干扰因素导致的熄弧现象，引弧过程 顺畅，满足湿法水下焊条电弧焊的要求SI印h'i2D股竟电it2tWA* *净堪血市片博代电料?订图1焊接电源外特性示意图0 50 聊 L50 酣 半50悍腿电施门图2某型号焊接设备外特性刘桑等人采用复合滤光技术和水下CCD摄像系统，在可见光范围内采集出 了药芯焊丝湿法水下焊接电弧区域图像，并运用图像边缘检测方法，有效地区分 了电弧燃烧区域和电弧气泡区域，为湿法水下焊接电弧的机理研究及水下焊接 过程控制莫定了基础。

湿法水下焊接试验系统如图3所示，主要包括焊机及其控制部分、电信号采 集部分以及图像采集部分焊接系统由焊接电源、焊接参数控制、行走机构、送 丝系统和焊枪组成水下焊接电弧区域图像采集系统主要由成像的光路系统、光 信号转变为视频信号的摄像系统以及视频数字信号处理系统组成光线通过由复 合滤光系统组成的光路系统进人水下摄像系统，将光信号转化为视频信号，视频 信号被传入视频捕捉卡中，后者将其数字化送人监视器实时显示并同时送人计算 机内存，以进行图像处理图3湿法水下焊接试验系统示意图郭宁等人针对CCSE40船用钢板开发了一种新型水下湿法焊接焊条，在2米水 深的条件下焊接过程稳定，成形良好对获得的焊接接头的抗拉性能、弯曲性能、 冲击性能够、硬度分布等进行了研究水下湿法焊接试验是在实验室内特制的水 下焊接试验系统内完成，该系统包括：水深3米的试验水池，水下通讯系统、水 下照明系统、水下生命保障系统、焊接过程数据采集系统以及排风系统焊后的单道焊缝成形如图4所示可以看到焊缝表面成形均匀，飞溅很少拉伸试件的断裂位置如图5所示，试件均断裂于母材区，拉伸试件均产生明显的 颈缩现象这表明焊接接头不存在强度弱化区，焊缝与热影响区的平均强度均高 于母材强度。

图5拉伸试件3、湿法水下焊接常用方法及应用实例湿法水下焊接主要采用的方法有水下焊条电弧焊、药芯焊丝半自动焊和爆炸 焊接3・1水下焊条水下焊条结构与陆上焊条结构基本相似，都有焊芯和药皮，不同之处在于水 下焊条具有防水性，用浸沾或涂敷的方法，在焊条药皮外表面设置防水层目前 湿法水下焊接的焊条药皮主要有两个类型：即钛钙型和铁粉钛型钛钙型焊条的 焊接工艺性好，电弧稳定，脱渣容易，焊缝鳞波细密且成形美观铁粉钛型焊条 的熔敷率高美国专利焊条7018S焊条药皮上有一层铝粉，水下焊接时能产生大量气体， 避免了焊缝金属受到侵袭铝粉颗粒尺寸近似为0.0254微米，使焊条抗湿性很强， 实验证实在连续20天、湿度为100%的条件下，焊缝金属氢含量仍然保持很低值， 该焊条能适用于高强度钢材的全位置水下焊接，-30°C以下的冲击功达到100J， 它相当于490MPa级交直流两用低氢型焊条水下焊条的发展促进了水下湿法焊接的应用，在得肯萨斯州核电站输油管道 的水下补焊，滨夕法尼亚州光电公司沸水反应堆和墨西哥湾核反应堆供水起泡管 的修复以及Amoco Trinidad石油公司的石油平台578m深的水下焊补都先后采用 了水下湿法焊条技术。

3.2水下药芯焊丝水下药芯焊丝多为自保护药芯焊丝，最初是由前苏联学者提出来的，乌克兰 巴顿焊接技术研究所是这方面的先驱者，早在20世纪60年代就进行了药芯焊丝水 下焊接的研究其后，美国、英国、德国和日本均开展了相关的研究工作研究 表明，碳素钢或低合金结构钢的焊接效果没有焊条电弧焊好，主要是焊缝气孔太 多，而且水下送丝机构也存在问题最近开发的不锈钢及Ni基合金药芯焊丝，改善了湿法水下焊接的焊接性，由 于药芯配方中不含卤族元素，有利于不锈钢焊接接头的抗腐蚀性，这种焊丝可在 水深6m以内成功地用于不锈钢或Ni基合金结构的湿法水下焊接及表面堆焊德国Hanover大学试验采用的双层保护的自保护药芯焊丝进行湿法水下焊.药 芯焊丝的造渣剂处于双层管状结构的内层,熔渣保护熔滴金属顺利过渡,外层形成 气保护,在试验配方中添加了稀土钇 .初步结果表明,双层管状焊丝可与焊条电弧 焊媲美3.3 水下爆炸焊接湿法水下焊爆炸接也是很有前途的焊接方法爆炸焊是用炸药产生的冲击力 造成焊件的迅速碰撞，使撞击面金属发生塑性变形，进行金属的连接由于爆炸 焊接具有很大的响声及危险性，陆地爆炸焊时，也常考虑在水池进行，水可以吸 收一部分噪音，危险性也相对降低。

英国最早采用湿法水下爆炸焊接方法，作为北海油气田管线铺设技术水下 爆炸焊接的主要优点是：没有高温焊接热作用，不存在水的冷却传热导致焊接接 头质量降低，焊前准备工作简单4、总结安全、简单、快捷的焊接方式是湿法焊接得到重视的主要原因在工艺、焊 缝检测及跟踪等方面已经取得了一定的成果；焊条决定着水下湿法焊接的质量好 坏，还需进一步加大研究力度参考文献：[1] 杜永鹏. 水下湿法手工电弧焊焊接设备特性研究. 工艺与设备, 2012, 35 (5): 40-43.[2] 王中辉. 水下管道焊接技术研究现状及发展趋势. 焊管, 2003,26 (5)：6-10.[3] 唐德渝. 海洋石油工程水下焊接技术的现状及发展趋势. 焊接技术, 2009 (4):1-5.[4] 郭宁. CCSE40 钢水下湿法焊接接头力学性能研究. 山东省科学院海洋仪器 仪表研究所.[5] 刘桑. 湿法水下焊接电弧区域图像采集与处理. 机械与电子, 2000(3):15-17.[6] 叶建雄. 湿法水下焊接及水下焊接机器人技术进展. 焊接技术, 2009, 38 (6):1-3.[7] 李志刚, 张华, 贾剑平基于旋转电弧传感器的水下焊接高压电弧仿真计算 . 焊接学报, 201, 31(7):l7-21.。