李志刚， 徐 翔， 李 洋， 黄 卫

华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室， 江西 南昌 330013

引 言

水下湿法焊接技术作为一种新兴的焊接技术近年来得到了越来越广泛的应用， 在水中铺设管道、 水下构件的修补和舰船的水下维修等都离不开水下焊接技术， 还可以应用于码头和其他水工建筑钢材等金属结构的安装和修理， 但受复杂操作环境的影响， 其焊接效果并不理想， 因此很多研究都致力于对水下湿法焊接效果进行改善[1-4]， 但缺乏对于水下焊接的电弧的机理研究。

电弧作为一种热等离子体， 其温度较高， 约为103～104量级。 在这种温度下， 等离子体体系中不仅存在单个分子间的弹性碰撞， 而且有大量的非弹性碰撞。 这些作用使分子处于激发态， 并引起分子解离和原子电离过程， 使化学均匀的气体转变为分子、 原子、 激发态分子、 激发态原子、 离子及电子等的气态混合物[5-6]。 电弧等离子体组分决定电弧内部的物理化学过程， 直接影响焊接稳定性和焊接质量， 因此对水下湿法焊接电弧等离子体组分进行分析计算是很有必要的。

1 水下湿法焊接反应过程

水下湿法焊接直接将焊件置于水环境中， 电弧的燃烧仅靠外界的气体或焊材燃烧产生的气体进行保护， 在焊接过程中， 电弧是在气泡中燃烧的。 电弧气泡的主要成分是水在电弧高温下的分解形成的， 这一过程会产生大量的H2和O2， 而产生的O2会马上与焊丝材料以及焊接金属中的某些元素反应而产生大量的CO和CO2等气体， 根据研究人员的观察与测试， 在水下湿法焊接生成的气泡中， 主要成分为H2， CO， CO2以及金属蒸汽等， 其具体所占据的比例根据焊丝的成分有所不同[7]。……