水下焊接

 水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作

水下焊接有干法、湿法和局部干法三种。

干法焊接

这是采用大型气室罩住焊件、焊工在气室内施焊的方法，由于是在干燥气相中焊接，其安全性较好。在深度超过空气的潜入范围时，由于增加了空气环境中局部氧气的压力，容易产生火星。因此应在气室内使用惰性或半惰性气体。干法焊接时，焊工应穿戴特制防火、耐高温的防护服。

与湿法和局部干法焊接相比，干法焊接安全性最好，但使用局限性很大，应用不普遍。

局部干法焊接

局部干法是焊工在水中施焊，人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法，其安全措施与湿法相似。

由于局部干法还处于研究之中，因此使用尚不普遍。

湿法焊接

湿法焊接是焊工在水下直接施焊，而不是人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法 。

电弧在水下燃烧与埋弧焊相似，是在气泡中燃烧的。焊条燃烧时焊条上的涂料形成套筒使气泡稳定存在，因而使电弧稳定，如图8-1所示。要使焊条在水下稳定燃烧，必须在焊条芯上涂一层一定厚度的涂药，并用石蜡或其他防水物质浸渍的方法，使焊条具有防水性。气泡由氢、氧、水蒸气和由焊条药皮燃烧产生的气泡；浑浊的烟雾生的其他氧化物。为克服水的

冷却和压力作用造成的引弧及稳弧困难，其引弧电压要高于大气中的引弧电压，其电流较大气中焊接电流大15%～20%。

水下湿法焊接与干法和局部干法焊接相比，应用最多，但安全性最差。由于水具有导电性，因此防触电成为湿法焊接的主要安全问题之一。

水下环境使得水下焊接过程比陆上焊接过程复杂得多，除焊接技术外，还涉及到潜水作业技术等诸多因素，水下焊接的特点是：

1、可见度差，水对光的吸收、反射和折射等作用比空气强得多，因此，光在水中传播时减弱得很快。另外焊接时电弧周围产生大量气泡和烟雾，使水下电弧的可见度非常低。在淤泥的海底和夹带沙泥的海域中进行水下焊接，水中可见度就更差了。

2、焊缝含氢量高，氢是焊接的大敌，如果焊接中含氢量超过允许值，很容易引起裂纹，甚至导致结构的破坏。水下电弧会使其周围水产生热分解，导致溶解到焊缝中的氢增加，水下焊条电弧焊的焊接接头质量差与氢含量高是分不开的。

3、冷却速度快，水下焊接时，海水的热传导系数高，是空气的20倍左右。若采用湿法或局部法水下焊接时，被焊工件直接处于水中，水对焊缝的急冷效果明显，容易产生高硬度淬硬组织。因此，只有采用干法焊接时，才能避免冷效应。

4、压力的影响，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，飞溅和烟尘增多。

5、连续作业难以实现，由于受水下环境的影响和限制，许多情况下不得不采用焊一段，停一段的方法进行，因而产生焊缝不连续的现象。

水下焊接专用电力电缆和连接器的运用

1）建议50平方以上专用焊线所有水线以下的和水下的电缆部件必须完全绝缘。
　　2）开始操作之前，检查所有电缆和连机器有无损坏了的绝缘。损坏的必须更换，有缺陷的要修理。
　　3）电缆的能力必须能满足工件的最大电流的要求。连机器的能力至少应该等于电缆的能力。
　　4）所有连机器必须紧固和彻底绝缘。所以水下连机器最后应该用橡胶袋紧紧藵住，以防电流损失。
　　5）要确定距离电焊钳十英尺以内的电缆是没有接头的。
　　6）这样布置接地电缆到工件，使潜水员的身体绝不会处于电焊条与焊接电路接地侧之间。
　　7）要保持电源电缆与焊接电缆分开。

5水下焊接设备组装办法

1、将安全开关负极导线接到电焊钳，并且使安全开关处于看管人够得着的地方。
　　2、将电焊机设置为正接。检查极性是否正确：负极至电焊钳，正极接地。
　　3、确定电流设定值，并且用钳形表（或者安培表）检查。
　　4、使所有电缆连机器完全绝缘。
　　5、确定电缆和连机器处于良好的工作状态，以及所有电缆在离电焊钳十英尺内没有接头。
　　6、将接地夹固定在工件上。

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,因此,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，英、美等国已发展了多种高质量的水下焊条，我们也应该加快开发研制高质量水下焊条、水下药芯焊丝。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）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[10],最近华南理工大学的廖天发等人采用VC++编程实现了串口通讯（SPC）,用于远程控制水下焊接焊前的焊缝对中以及焊接过程中的焊缝跟踪[11]。自动化的轨道焊接系统和水下焊接机器人系统,能对焊接过程自动监控,焊接质量好,节省工时,而且还能减轻潜水员的工作强度。但是目前的水下焊接机器人系统还存在许多问题，其灵活性、体积、作业环境、检测和监控技术以及可靠性等还有待于进一步发展和提高，这是目前我们的努力方向。

（4） 模拟技术的出现及发展，为焊接生产朝着

“理论—数值模拟—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。目前陆上焊接过程的温度场、流场以及熔池、焊缝应力等的模拟取得了较大进展，焊接电弧的模拟也有一定的研究，但对水下焊接的模拟研究还比较滞后。德国的Hans-Peter Schmidt 等人对电流在50-100A范围内，压力0.1-10Mpa，钨极氩保护情况下的水下高压焊接电弧进行了模拟研究，用数学方法解守恒方程得出了温度、速度、压力和电流的分布。其中电弧温度的测量结果与理论分布吻合良好。随着海洋石油和天然气工业的发展以及我国海洋工程向深海的挺进,应当重视和加快针对水下焊接这方面的数值模拟研究。目前我们也正在着手进行高压环境下焊接电弧的数值模拟这方面的研究工作。

（5）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[12]。 Dag.Espedalen等人对高压干法水下焊接进行了仿真技术研究,首先利用SolidEdge建立焊接舱和焊接机器人的3D模型,然后再转化为I-grip运动模型,编制合适的控制程序,整个海底管道维修操作过程就演示出来[13]。通过焊接仿真，有助于构思新方案,并能提前发现存在的问题，这也是我们以后应当研究的一个领域。

注意事项

(1)焊割炬(枪、把)在使用前应作绝缘、水密性和工艺性能等方面的检查，需先在水面进行试验。氧气胶管使用前应当用1．5倍工作压力的蒸汽或水进行清洗，胶管内外不得粘有油脂。供电电缆必须检验其绝缘性能。热切割的供气胶管和电缆每0．5m间距应捆扎牢固。

(2)潜水焊割工应备有无线通信工具，以便随时同水面上的支持人员取得联系，不允许在没有任何通讯联络的情况下进行水下焊割作业。潜水焊割工人入水后，在其作业点的水面上半径相当于水深的区域内，禁止进行其他作业。

(3)水下焊割前应查明作业区的周围环境，熟悉作业水深、水文、气象和被焊割物件的结构形式等情况。应当给潜水焊割工一个合适的工作位置，禁止在悬浮状态下进行焊接操作。一般潜水焊割工应停留在构件上或事先设置的操作平台上。

(4)在水下焊割开始操作前应仔细检查、整理供气胶管、电缆、设备、工具及信号绳等，在任何情况下，都不得使这些装备和焊割工本身处于熔渣溅落和流动的路线上。应当移去操作点周围的障碍物，将自身置于有利的安全位置上，然后同水面人员联系并取得同意后方可施焊。

(5)水下作业点所处的水流速度超过0．1～0．3m/s，水面风力超过6级时，禁止水下作业。