随着海洋资源开发向更深、更广的海洋领域进行和各种装配件服役年限的增加,海上石油平台、海底输油管道等水下结构件的水下焊接修复工作量将日趋增长。因此,适合深水焊接修复的相关技术亟待研究,这对于推动我国海洋事业的发展,有着非常重要的经济意义和策略意义。本课题将在自主构建的深水环境水下湿法焊接实验平台上进行100 m水深内的焊接试验,研究水深对熔滴过渡特征的影响并探究其影响机理,分析不同水深下电弧电压及焊接电流的波动情况,揭示水深对水下湿法焊接接头质量的影响规律,以期对深水湿法焊接的应用提供可靠理论依据和技术保证。首先构建了深水环境水下湿法焊接实验平台,此实验平台包括X射线高速摄像系统、电信号采集系统及压力环境模拟系统。采用X射线高速成像系统观察水下湿法焊接熔滴过渡过程,采用电信号采集系统实时采集焊接过程中焊接电流及电弧电压的变化情况。通过X射线高速成像系统拍摄不同水深下的熔滴过渡过程,发现熔滴过渡类型基本分为两种:短路过渡和排斥过渡。当焊接参数不变时,随着水深的增大,熔滴尺寸及熔滴过渡周期减小;熔滴偏离焊丝角度减小,熔滴脱离焊丝角度总体呈增大的趋势;电弧气囊最大直径减小,电弧气囊的上浮速度则呈现先减小后增加的趋势。当焊接参数不变时,通过U-I图、不稳定燃弧时间比例、变异系数三个评价指标研究水深对焊接电弧稳定性的影响,综合三个评价指标发现,随着水深的增大,电弧稳定性逐渐变差。通过对不同水深下焊接接头的宏观成形、微观组织、力学性能及焊缝气孔率进行研究,发现随着水深的增加,焊缝成形逐渐变差,焊缝连续性降低,飞溅、咬边等缺陷增多;焊缝的深宽比呈现先减小后增大的现象;气孔率呈现增大的趋势,增大送丝速度或减小焊接速度会降低焊缝金属中的气孔率;焊缝组织中的先共析铁素体(PF)含量减少,针状铁素体(AF)的含量增加,而且开始出现马氏体(M)并逐渐增多;焊缝的冲击韧度及抗拉强度整体呈下降的趋势,焊缝平均硬度呈现增大的趋势。通过响应曲面法建立电弧稳定性模型,分析水深、电压、送丝速度和焊接速度及其相互之间的交互作用对电弧稳定性的影响规律,最终根据建立的模型获得了0-100 m水深下湿法焊接的工艺参数规范。