水下局部排水半自动CO₂焊接法，简称LD-CO2焊接法，是我国1977年研制成的一种新的水下焊接方法。这种水下焊接方法的特点是：

1）可见性好。在焊接过程中，潜水焊工可直接从气室内看到电弧和熔池。

2）焊缝金属含氢量低。焊缝金属中扩散氢含量一般在2～4mL/100g，与陆上低氢型焊条焊缝相近。

3）淬硬倾向小。焊接低碳钢焊接接头最高硬度不超过300HV，16Mn、SM53B等低合金高强度钢焊接接头的最高硬度不超过350HV。

4）焊接接头质量好。只要焊接操作不失误，就可获得无气孔、夹渣、裂纹等缺陷，成形美观的焊缝，力学性能接近母材，达到了美国API1104规程的有关要求。

5）方便灵活，适应性强。焊枪结构简单，轻巧实用，可配合轻潜和重潜装具进行水下焊接施工，可全位置焊接对接、搭接焊缝。

6）焊接效率高。采用φ1.0mm焊丝，熔敷效率可达5kg/h，可连续施焊，大幅度降低了辅助时问。

综上所述，LD-CO₂焊接法是一种优质高效、低成本的水下焊接方法。其配套设备——NBS-500型水下半自动焊机已定型生产。自1979年以来，已多次用于水下焊接施工。

1.基本原理

LD-CO₂焊接法是一种可移动气室式局部干法水下焊接。该法的原理是用一个特制的小型排水罩（亦称可移动气室），其上端与潜水面罩（或头盔）相连接并水密，下端带有弹性泡沫塑料垫。半自动焊枪从侧面插入罩内，焊枪的手把与罩体水密、铰接。焊接时将排水罩压在坡口上，向罩内通入CO₂气体。由于气室上端被潜水面罩密封住，CO₂气迫使罩内的水向下移动，从泡沫塑料垫与焊件的接触面处排出罩外，直至罩内全部充满CO₂气体，形成一个CO₂气室。这时引弧焊接，电弧便在CO₂气体介质中燃烧，从而实现了局部干法水下焊接。LD-CO₂焊接原理如图9-32所示。

图9-32 LD-CO₂焊接原理示意图^［2］

1—工件 2—罩体 3—连接法兰 4—CO₂进气孔 5—半自动焊枪 6—弹性泡沫垫 7—气泡

焊接时，半自动焊枪和送丝箱都随潜水员带进水中。其余设备都放在作业船（或工作平台）上，由水面的辅助人员操作。

2.焊接设备及材料

（1）焊接设备 LD-CO₂焊接法配套设备是NBS-500型水下半自动焊机，该焊机由ZDS-500型晶闸管弧焊整流器、SX-Ⅲ型水下送丝箱、SQ-Ⅲ型水下半自动焊枪、供气系统及组合电缆五部分组成。图9-33为该焊机示意图。

1）ZDS—500型晶闸管弧焊整流器。该整流器输入电压380V，频率50Hｚ，三相三线供电（无地线），适应船上供电特点。额定电流500A，最大电流达600A，具有平、陡两种静外特性。除用于LD-CO₂焊接法外，还可用于湿法焊条电弧焊和水下电-氧切割。

图9-33 LD-CO₂焊接设备示意图^［2］

1—焊接电源 2—水下送丝箱 3—水下半自动焊枪 4—供气系统 5—组合电缆

2）SX—Ⅲ型水下送丝箱。水下送丝箱由密封箱体和送丝机构组成，如图9-34所示。箱体可承受内压0.5MPa，进口电缆均采用可拆卸接头，拆卸方便。送丝机构是两对双主动式送丝机构。可送焊丝直径0.8～1.2mm，最大送丝速度为600m/h，每次可装焊丝2kg。送丝箱体积仅21L左右，空气中重量约25kg，水中重量约5kg。前后两个箱盖，类似高压锅盖，装卸方便，便于拆卸焊丝盘。

3）SQ—Ⅲ型水下半自动焊枪。SQ—Ⅲ型水下半自动焊枪是NBS-500型水下半自动焊机关键组成部分，LD-CO₂焊接法的特点，主要是通过该焊枪体现的。该焊枪结构如图9-35所示。焊枪有效排水面直径为80～100mm，焊枪上下调节范围为25mm，枪体最大直径为130mm，高280mm，在空气中重量2.5kg。可焊接厚度为3～20mm的钢板或钢管（直径不小于300mm）。

焊枪与送丝箱问由送丝软管连接。软管内的弹簧管用不锈钢丝制作，防止生锈。导电电缆截面不小于50mm²。为水下操作方便，软管不宜太长。一般在1.5～2m为宜。

图9-34 SX—Ⅲ型水下送丝箱简图^［2］

1—箱体 2—送丝轮 3—导位管 4—变速齿轮 5—电动机 6—联轴器 7—变速器 8—送丝齿轮 9—手把 10—压紧螺母 11—焊丝盘 12—电缆接头

图9-35 SQ—Ⅲ型水下半自动焊枪结构示意图^［2］

1—密封垫 2—密封垫法兰 3—锁紧螺母 4—罩体 5—手把 6—橡胶单向泵 7—波纹管 8—连接法兰 9—护目玻璃 10—拉杆 11—进气环 12—照明灯

水下半自动焊用的导电嘴与陆上CO₂保护焊用的导电嘴不同。水下焊接用导电嘴在中段侧面钻有对称的两个孔（直径为1～1.5mm）。这是因为水下焊接时，为防止水从导电嘴通过送丝软管进入送丝箱，要向送丝箱内充入一定压力的气体。使气体沿送丝管流向导电嘴，阻止水进入。然而，如果导电嘴没有侧孔，这个气流就直接吹向熔池，甚至把熔池金属吹跑，造成成形不良。有了侧孔，大部分气体从侧孔逸出，从导电嘴端孔中出来的气体流量就很小了，不至于影响焊缝成形。

4）供气系统。LD-CO₂焊接法用CO₂作保护气体和排水气体，用气量较大，需多瓶供气，一般至少用3只CO₂气瓶并联使用。工作时，打开两只瓶供气，一只备用。加热器功率也必须大些，一般不少于1kW。图9-36为供气系统示意图。

图9-36 LD-CO₂焊接供气系统示意图^［2］(www.daowen.com)

1—气瓶 2—配气阀 3—加热器 4—减压阀 5—流量计

5）组合电缆。LD-CO₂焊接用组合电缆由主回路焊接电缆、七芯控制电缆，供气气管及增强尼龙绳组合而成。用于30m水深焊接的电缆长度不小于50m，导电截面不小于70mm²。用于60m水深焊接的，其长度不小于90m，导电截面积不小于90mm²。气管通径不小于10mm，耐内压不小于0.8MPa。

6）设备保养及排除故障。水下焊接设备工作环境较恶劣，对设备能正确使用，经常保养和维修，以及在运行过程中及时排除故障才能延长设备使用寿命，提高作业质量，提高工作效率。表9-7列出了设备常见故障及排除方法，供参考。

（2）焊接材料

1）母材。LD-CO₂焊接法适于焊接低碳钢及抗拉强度为500MPa的低碳钢。

2）焊接材料。LD-CO₂焊接使用CO₂作排水气体和保护气体。其成分应满足下列要求：

φ（CO₂）≥99％，φ（O₂）≤0.1％，H₂O＜1～2g/m³

LD_-CO₂焊接使用H08Mn2SiA表面镀铜焊丝。其规格为φ0.8～φ1.2mm。化学成分应符合标准规定。

3.焊接工艺及操作技术

（1）焊接参数的选择

1）焊丝直径。一般选用直径1mm的焊丝，采用短路过渡的焊接参数进行焊接。板厚大于6mm且工件水平放置时，可选用直径为1.2mm的焊丝，采用短路和滴状混合过渡的焊接参数进行焊接。

表9-7 设备常见故障及排除方法^［2］

（续）

2）焊接电流及电弧电压。焊接过程中，要求电弧电压与焊接电流有良好的配合。使用直径为1mm的焊丝时，焊接电流常用的范围为90～180A，此时，电弧电压在19～23V之问调节。焊丝直径为1.2mm时，上述参数范围分别为110～200A及20～24V。

电弧电压的选择，除焊接电流、焊丝直径外，还应考虑到水深压力的影响。

3）焊丝速度。一般可在100～300mm/min之问选用。

4）焊丝伸出长度。经验表明，焊丝伸出长度为焊丝直径的10倍较合适。打底焊道焊接时，焊丝伸出长度宜长些，以后的填充焊道，则可适当缩短。

5）电感值。焊接时，可根据飞溅颗粒的大小、焊接电缆的长度及电缆盘绕的情况加以调整。

6）气体流量。主要根据工作的水深压力及实际的排水效果加以确定、调整。可参考表9-8所列的经验值。表中Δ为坡口问隙，S为气体逸出截面积。

表9-8 LD-CO₂焊接法CO₂气体流量经验值^［2］

注：LZB—15型气体流量计，最大流量为6m³/h时标记为100％。

（2）操作技术 由于水下环境和SQ—Ⅲ型焊枪的特殊性，LD-CO₂焊接操作也有其特殊性，这里仅介绍几项基本操作技术。

1）排除枪体内的水。首先将焊枪与潜水头盔连接起来，将枪体上口封住。然后将密封垫贴在被焊工件的坡口处，打开气阀将枪体内和坡口内的水排除，调节气体流量，直至坡口底层问隙处没有水晃动为止。

2）调节焊丝伸出长度。旋转密封垫法兰，则枪体便上下移动，导电嘴亦随着上下移动。调好导电嘴端部到坡口底部的距离以期获得合适的焊丝伸出长度。

3）引弧。将导电嘴指向引弧位置，拉出护目玻璃，按下手把上的开关即可引弧。

4）焊接。该方法在水下进行焊接时，焊枪密封垫必须贴在焊件上，引弧后往前移动时必须克服密封垫与焊件问的摩擦力。为了平稳移动，右手握住焊枪手把，左手扶住密封垫法兰，左右摆动焊枪往前拖动，同时左手给焊枪一定推力，则焊枪就可平稳地往前移动了，焊接过程亦可稳定进行。

5）熄弧。熄弧时应注意火口的缓冷。断弧后不要将焊枪从工件上移开，而要继续保持火口区无水，直至焊缝和火口全部由红变黑后，再将焊枪移开。避免焊缝被淬硬。

有关不同位置，不同焊接接头形式的操作技术可参看文献［2］。为确保水下焊接质量，在水下焊接施工前应遵守交通部行业标准《水下局部排水二氧化碳保护半自动焊作业规程》（JT/T 371—1997）。