1.水下环境对焊接过程的影响

水下环境使得焊接过程比陆上焊接复杂得多，除焊接技术本身外，还涉及潜水作业技术等诸多因素。这里只论述在水下焊接时，水下环境对焊接过程有影响的几个主要问题。

1）能见度差。由于水对光线的吸收、反射及折射等作用，使光线在水中的传播能力显著减弱，只有大气中的千分之一左右。采用湿法水下焊接或国外通常用的局部干法焊接时，受电弧周围产生气泡的影响，潜水焊工很难看清焊接熔池的状态，妨碍了焊接技术的正常发挥。

2）急冷效应。海水的热导率较高，约为空气的20倍。即使是淡水，其热导率也为空气的十几倍。若采用湿法或局部干法水下焊接时，被焊工件直接处在水中，水对焊缝的急冷效应极明显，容易产生高硬度的淬硬组织。只有采用干法焊接时，才能避免急冷效应。

3）增加了焊缝氢含量。湿法水下焊接时，电弧周围的水被电弧热分解产生了大量的氢和氧，使电弧气氛中φ（H）高达62％～82％，则熔池中溶解或吸附大量的氢气，致使焊缝金属氢含量达20～70mL/100g，高于陆上焊接的数倍。

高压干法水下焊接时，虽然工件不直接处在水中，但电弧气氛压力高，氢的溶解度大，也比陆上用相同焊接方法焊接的焊缝氢含量高。只有常压干法水下焊接与陆上焊接相似。

4）水压力使电弧被压缩，降低了电弧稳定性。水深每增加10m，则压力增加0.1MPa，随着压力增加，电弧弧柱变细，焊道宽度变窄，焊缝高度增加。同时导电介质密度增加，从而增加了电离难度，电弧电压随之升高，电弧稳定性降低，飞溅和烟尘也增多。

2.水下焊接电弧特性

水下焊接电弧与陆上焊接电弧一样均处在气体介质中，但在水下焊接时，由于水对电弧周围气体产生压力，使气体密度加大，对电弧的冷却作用加强，则电弧被压缩变细，弧柱的电位梯度随之增大。因此随着水深增加，电弧静特性曲线逐渐向上移，上升的斜率也逐渐变大。图9-1为水下CO₂气体保护焊与陆上焊接时的电弧静特性曲线示意图。

图9-1 不同条件下同一弧长的电弧静特性曲线^［2］

由于电弧静特性曲线上升，斜率随着水深增加而增加，对同一台平外特性的焊接电源而言，电弧自调作用将逐渐减弱，电弧稳定性变差。表9-1列出了压力对CO₂焊接电源稳定性的影响。从表中可以看出，当压力为0.5MPa时，断弧时问的百分数可达40％，此时已很难对电弧进行控制了。

另外，当环境压力增加时，电弧受压缩的程度、电位梯度的增加以及焊丝、焊条的熔化速率还与气体种类及极性有关。熔化极电弧焊时，随着环境压力增加，焊丝在Ar气中的熔化速率减小，而在CO₂气体中的熔化速率增加，在混合气体中的熔化速率则介于二者之问。

水下焊条电弧焊时（湿法或干法），也与气体保护焊时类似，电弧被压缩，弧柱变细，亮度增加。而且随水深压力增大，电弧电压增大，电弧静特性也呈上升趋势。水下电弧的弧柱电流密度为陆上相同条件下焊接的5～10倍。即若保持相同的电弧条件，压力每增加0.1MPa（相当于10m水深）时，电流必须增加10％左右。

3.水下焊接冶金特性(www.daowen.com)

由于受到水深和相应水深压力的影响，水下焊接的冶金过程表现出与陆上焊接不同的特点。

1）水下焊接焊缝金属中氢含量比陆上焊接明显增多，而且随着水深压力增大而增多，见表9-2。

表9-1 不同CO₂气体压力下焊接电弧稳定性实验值^［2］

表9-2 不同焊接方法的焊缝金属扩散氢及Δt₈/5实验值^［29］

①焊接热输入Q＝1.54kJ/mm时测定值。

②Q＝1.10kJ/mm时测定值。

③Q＝2.20kJ/mm时测定值。

④Q＝1.30kJ/mm时测定值。

出现上述现象的主要原因是随着焊接环境压力增大，焊接冶金反应向不利于生成气态物质方向发展，不利于熔池中气体的析出而大量地溶解在焊缝金属中。

2）水及水压力使焊接电弧气氛中氢分压增加的同时，也增加了氧分量，焊缝中含氧量也增加。而在压力作用下，C和O的反应受到抑制，导致合金元素烧损。研究表明，采用碱性焊条干法水下焊条电弧焊在水下300m完成焊缝，焊缝中锰的质量分数（Mn）比陆上焊接减少30％，w（C）增加3倍，氧从0.03％（质量分数）增加到0.075％（质量分数）。水下76m焊接时焊缝的w（Si）降低10％。

3）因水和水压力的影响，使焊缝的冷却过程因不同焊接方法而出现很大差异，从而使焊缝的金相组织和力学性能也有很大不同。如湿法水下焊条电弧焊，即使焊接普通低碳钢，也往往产生马氏体组织。