随着我国海洋开发的快速发展,针对船舶、海洋油气平台、海底输油输气管道等水下设备的维修问题日益凸显。水下焊接维修技术是水下设备结构应急维修快速、可靠的方法,其中水下高压干式GMAW焊接技术因其焊接质量好、适用水深范围广,成为水下焊接维修技术的优选方法。在水下焊接过程中,随着环境压力增加(水深增加),焊接电弧收缩,并逐步导致焊接过程趋于不稳定,导致焊接质量下降,这种因环境压力升高造成的电弧收缩问题尚未获得很好的解释。为此,课题采用焊接电弧电离度的表征方法,通过测试电弧的电离度分布试图揭示高压电弧不稳定的内在机理,为探索提高高压GMAW的焊接质量提供基础数据。以高压GMAW电弧为研究对象,建立了一套基于光谱仪的电弧光谱测量系统,采用光谱仪对GMAW电弧空间各点的光谱信息进行采集,使用Boltzmann作图法测量电弧温度,使用Saha热电离公式计算电弧电离度。在高压环境下,对GMAW电弧各高度上径向各点的温度、电离度进行计算分析,找到了电弧温度、电弧电离度在电弧空间内的分布规律。根据测量结果,分析了不同压力环境下电弧电离度的变化规律。研究结果表明:相同压力环境下,GMAW电弧同一高度上,等离子体轴线处的温度和电离度最高,靠近电弧边缘的温度和电离度较低;在轴向方向上,靠近电弧等离子体上端的温度和电离度较高,靠近工件表面的温度和电离度较低。对不同环境压力下,GMAW电弧的温度、电离度的变化规律进行研究,发现随着环境压力(0.1MPa---0.5MPa范围内)的增大,GMAW电弧温度有一定程度的升高,电离度下降幅度明显,说明高压环境下,电弧电离的难度变大,GMAW电弧空间中起导电作用的带电粒子占比减小,这时维持GMAW电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性逐步下降。所以从电离度角度很好地解释了高压GMAW电弧随环境压力增高,其电弧稳定性逐步降低的原因。综上所述,通过光谱法对压力环境下GMAW电弧温度和电离度的分布规律进行研究,探索了高压环境下焊接电弧的电离度特性,从电弧电离度的角度阐释了高压GMAW电弧随环境压力升高而产生不稳定的因素,对理解高压GMAW焊接过程提供了新的思路,对提高高压GMAW焊接质量有明显的指导意义。