水下焊接技术

水下焊接技术 使用现状与发展赵秋阳能动A86 08036024

水下焊接技术 • 1 水下焊接概念 • 2 水下焊接发展 • 3 水下焊接种类 • 4 水下焊接原理与特点 • 5 水下焊接基本问题 • 6 水下焊接在工程中的应用 • 7 水下焊接研究趋势第一期《焊接》杂志

1.水下焊接概念 科技名词定义中文名称：水下焊接英文名称：underwater welding 定义：在水下焊接金属的工艺。应用学科：海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋工程（三级学科

1.水下焊接概念 水下焊接与切割是水下工程结构的安装、维修施工中不可缺少的重要工艺手段。它们常被用于海上救捞、海洋能源、海洋采矿等海洋工程和大型水下设施的施工过程中。

2.水下焊接发展 1802年，一位名叫Humphrey的学者指出电弧能够在水下连续燃烧，即指出了水下焊接的可能性。 1917年，英国海军船坞的焊工采用水下焊接的方法来封堵位于轮船水下部分漏水的铆钉缝隙，这是水下焊接的首次应用。 1932年，Khrenov发明了厚药皮水下专用焊条。 1985年产生了第一批经过认可的潜水焊工。并制定了水深小于100 m的水下湿法焊接工艺。 1987年，水下湿法焊接技术在核电厂不锈钢管道的修理二作中得到应用。

2.水下焊接发展 水下焊条的发展对水下湿法焊接的应用起着重要的作用。英国Hydroweld公司发展了多种水下焊条，美国专利焊条一7018、s焊条，德国Hanover大学研制开发了双层自保护药芯焊条。早在上世纪50年代，水下湿法焊条电弧焊就已经在我国得到应用。上世纪60年代我国开始自行开发水下专用焊条。华南理工大学研制的水下焊条在30 m水深以内可以获得良好的焊接性能。

3.水下焊接种类 3.1干法水下焊接 3.2湿法水下焊接 3.3局部干法水下焊接

3.水下焊接种类 3.1干法水下焊接干法焊接是用气体将焊接部位周围的水排除，使焊工处于无水环境下进行焊接的方法。进行干法焊接时，需使用供气系统和工作环境，焊接质量好，但设备价格昂贵，该方法一般适用于深水、高质量结构焊接。根据工作室内的不同压力，干法水下焊接町分为高压干法和常压干法水下焊接。

3.水下焊接种类 3.2湿法水下焊接湿法焊接是指直接在水环境中进行焊接，常用方法有焊条电弧焊和药芯焊丝电弧焊两种。由于受水环境的影响，焊接接头质量不高，多用于不重要部件。近年来，虽然对焊条的研究取得了一定的进步，如美国7018’s焊条及德国自保护药芯焊条等，但仍然不能提高超过100 m水深的焊接质量。该技术由于焊接设备简单，操作灵活，因此在浅水作业中心用非常广泛。

3.水下焊接种类 3.3局部干法水下焊接局部干法焊接是把焊接的局部区域产生隔水区进行焊接的方法。与湿法焊接相比，由于消除了水因素影响，焊接接头质量较好；与干法焊接相比，不需要昂贵的排水设备，适应能力强。它综合了湿法和干法两者的优点，是一种比较先进的焊接方法，应用非常广泛。

4.水下焊接原理和特点 鉴于水下湿法焊接相对于其他方法具有直接用于水下湿式环境、适应性强、机动、省时低耗、经济性好等优点，下面仅对水下湿法焊接的原理和特点进行介绍 4.1水下湿法焊接原理 4.2水下湿法焊接特点

4.水下焊接原理与特点 4.1水下湿法焊接原理湿法焊接的基本原理是：当焊条与焊件接触时．电阻热将接触点周围的水汽化。形成一个气相区。当焊条稍一离开焊件引弧后．电弧便在气相区里引燃．继而由电弧热将周嗣的水大量汽化．加I二焊条药皮产生的气体．在电弧周围形成一个一定大小的电弧空腔．把电弧和在焊件上形成的溶池与水隔开。电弧热使水蒸气蒸发出或电离出气体．使电弧空腔不断长大．长大到一定程度开始破裂．一部分气体以气泡形式逸出。电弧空腔变小。接着电弧热产生的气体又使窄腔变大。这样周而复始。电弧空腔处于亚稳定状态。电弧在亚稳定状态的电弧空腔巾燃烧。完成焊接过程。

焊接过程与设备

4.水下焊接原理与特点 4.2水下湿法焊接特点由于水下湿法焊区周围不是空气而是水．这两种介质有着不同的物理化学性质．这就给水下焊接带来一系列不利影响，主要表现如下：①由于水巾光的反射、吸收和散射作用，潜水焊工在水中的能见度很差．加七焊接时电弧四周的大量气泡和烟雾，使水变得紊流扰动．潜水焊T难以看清电弧和熔池情况，处于“盲焊”作业状态；②焊后冷却速度快，焊缝和热影响区中出现马氏体等淬硬组织．使得焊缝金属的韧性降低；③水下焊接电弧高温达到1 500℃以上，水在如此高温作用下会分解成氢和氧嘶熔于熔敷金属中．致使焊缝产生氢裂。

5.水下焊接基本问题 由于水环境和水下压力的影响，水下电弧燃烧，熔滴过度，冶炼状态以及接头性能都会产生较大变化，主要影响因素有以下几点： ①可视度低。水对光有较强的反射吸收作用，对光削弱比较明显，同时，焊接时产生的烟雾和气泡，使水下视觉效果非常差，严重影响了焊接质量。 ②产生气孔较多。焊接时电弧高温使水分解产生氢气，易溶于焊缝，当熔融金属冷同时，气孔不易排出，接头处容易产生裂纹。难以保证焊接质量。

5.水下焊接基本问题 ③冷却速度过快。水的热导率高于空气加多倍，水对焊缝及热影响区金属有较强的冷却作用。由于焊缝处冷却速度过快，形成内应力，导致焊缝组织脆化，韧性降低，产生裂纹。 ④压力过大。随着水深的增加，施焊环境压力增加，电弧柱变细，同时导电介质的密度增大，电离难度增加，电弧燃烧的稳定性下降。因此，压力增加时，不利于形成良好的焊接T艺特性和接头性能。以上4个因素严重影响焊接质量。因此，在选择水下焊接方法和研究开发新方向时，要充分考虑存在的问题。

6.水下焊接的工程应用 6.1水下焊接机器人 6.2水下切割技术 6.3水利水电中的应用

6.水下焊接的工程应用 6.1水下焊接机器人水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置。

6.水下焊接的工程应用 6.1水下焊接机器人由于水下环境的复杂性和不确定性，目前还没有完全将水下机器人应用于水下焊接作业，但在与焊接相关的焊缝无损检测以及裂纹修复领域有应用。在英国北海．ROBHAZ工程开发用于检视和维修的水下机器人焊接维修装置，应用于海岸上以及海事和核工业中。包括清除在焊接接头上的生长物、用磁性粒子探视或涡流探伤技术来检查焊缝。

6.水下焊接的工程应用 6.2水下切割技术水下切割技术虽种类繁多．但依据其基本原理和切割状态不同，大体上可分为两大类，即水下热切割法和水下冷切割法.水下热切割法是应用最广泛的一种切割方法。用热切割法对工件进行水下切割时，必须考虑热源本身在周围介质中大量的消耗。水下热切割法具有切割速度较快、效率高、适用范围广等特点；一般设备简单，成本较低，但是易对工件产生热影响甚至使工件发生变形．切口质量较粗糙．容易发生爆炸事故，安全性差。

6.水下焊接的工程应用 6.2水下切割技术水下冷切割法无热作用。不产生热应力和热影响区，不改变被加工材料的材质和性能；可实现机械化，具有多方面的切割能力，切口质量较好；易于操作；切割过程无粉尘。对环境无污染，无引起火灾的危险。但是切割速度较慢，效率低；一般设备庞大，投资较高。

6.水下焊接的工程应用 6.3水利水电中的应用 ·水工闸门底板的加厚补强 ·水下混凝土的加固 ·水下裂缝的修复 ·水下涵闸与泵站的检修

7.水下焊接技术研究趋势 (1) 由于每种焊接方法(湿法，局部干法，干法)都有其各自的优点和适应场合。囡此，多种水下焊接方法并存的局面会长期存在。 (2) 湿法水下焊接的质量主要受水下焊条、水下药芯焊丝等因素的影响和制约。通常湿法焊接的水深不超过100m，目前的努力方向是，实现200m水深湿法焊接技术的突破。 (3)计算机仿真是一项很有用的技术，它在焊接工艺的制定、焊接设备的研制以及控制系统的改进等方面的研究中都有应用。

7.水下焊接技术研究趋势 (5) 基于先进技术，对焊接过程进行监控的研究已经取得某些进展，主要体现在水下干法和局部干法焊接中的自动化和智能化。例如遥测遥控技术已经在水下焊接中取得了初步应用，采用遥控遥测技术，可以实现水下安装检测中的焊接加工，目前已在水下管道安装维护中取得进展。 (6) 模拟技术的出现及发展，为焊接生产朝着“理论一数值模拟一生产”模式的发展创造了条件，使焊接技术正在发生着由经验到科学、由定性到定量的飞跃。目前对水下焊接的模拟研究还比较滞后，随着海洋石油和天然气工业的发展以及我国海洋开发向深海的挺进，应当重视和加快针对水下焊接这方面的数值模拟研究。

水下焊接应用领域 水下焊接设备水下焊接用焊条

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