水下焊接
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，也是大型船舶维修的一种划算的方法
水下焊接特点
1)能见度差 由于水对光线的吸收、反射、及折射等作用，使光线在水 中的传播能力显著减弱，只及在大气中的千分之一左右。采用湿法水 下焊接或国外通常用的局部干法焊接时， 电弧周围产生气泡的影响， 潜水焊工很难看清焊接熔池状态，妨碍了焊接技术的正常发挥。
钨极氩弧焊设备
焊接设备组成:1)焊接电源; 2)焊枪; 3)保护气体回路; 4)冷却系统; 5)其它附件
TIG焊接设备示意图
TIG焊接设备实物图
钨极氩弧焊接电源
极性
➢直流/DC，脉冲直流 ➢交流和变极性交流 ➢混合TIG焊(交互输出交流和直流)
来源
➢国产 ➢进口
外特性
➢陡降或者恒流
钨极氩弧焊的应用
（2）焊缝金属比较纯净且渣池机械保护好；熔池存在时 间长，低熔点夹杂物和气体易排出，不易产生气体和夹渣； 脱硫、脱磷充分。
（3）电渣焊接头组织粗大，热影响区较宽，焊后要进行 正火处理且焊速慢，高温停留时间长。
（4）适于焊接塑性较差的中碳钢和合金结构钢，冷却速 度慢，应力较小。
电渣焊应用
电渣焊适用于焊接厚度30mm以上的厚板或大截面结构， 可焊接碳钢、合金钢、铝等金属材料，在重型机械、船舶、 压力容器等制造业中应用普遍。
爆炸焊接时，通常把炸药直接敷在覆板表面，或在炸药 与覆板之间垫以塑料、橡皮作为缓冲层。覆板与基板之 间一般留有平行间隙或带角度的间隙，在基板下垫以厚 砧座。炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆 板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结 合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件 连接在一起。
钨极氩弧焊
钨极氩弧焊
焊接特点： ➢电极采用难熔的钨或钨合金，保护气体为氩气或氦气 ➢实现高品质的焊接，得到性能优良的焊缝 ➢适焊材料广，可焊接化学性质活泼的金属及合金 ➢适焊位置灵活，在空间任何位置都可以进行焊接 ➢热输入调节方便
钨极氩弧焊
工艺特点： ➢允许电流低，生产效率低 ➢Ar气保护，相对成本高 ➢主要用于精密焊接、多层焊的打底焊 ➢最适合焊接薄板 ➢手工焊接对焊工技能要求高
电源极性：
➢直流正接时，钨极发射大量电子，钨极烧损小、焊缝熔深大，常 用来焊接碳钢、不锈钢、钛合金、高温合金、稀有金属 ➢直流反接时，工件发射大量电子，形成的熔深小、钨极烧损大， 但具有清理工件表面氧化膜的作用 ➢交流时，充分利用上述两者优点，特别适合焊接有色金属
钨极氩弧焊的应用
应用： ➢用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金 ➢船舶管系安装、船舶电气安装 ➢用于焊接修复，如铜制螺旋桨
水下干法焊接
水下焊接有干法、局部干法和湿法三种。
（一）干法焊接
➢干法水下焊接是把包括焊接部位在内的一个较大范围内的水经人工排 除，使潜水焊工能在一个“干”的气相环境中进行焊接的方法。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。干法焊接分为高压和常压干法水下焊接。
CO220％的富氩保护气。通常前者称为MIG，后者称为MAG。
钨极，不熔化，氩气保护
金属极，熔化，氩气或混合气体保护
钨极氩弧焊
熔化极氩弧焊
熔化极氩弧焊
特点：
➢几乎可以焊接所有金属，尤其可以铝合金、铜合金、钛合金 和不锈钢 ➢与TIG焊相比，电流密度大，焊丝熔化速度快，熔敷率高，熔 深大和焊接变形小。 ➢与CO2焊相比，熔滴过渡平稳，几乎不产生飞溅，熔透大 ➢惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应，焊丝不要加入 特殊的脱氧剂，使用与母材同等成分的焊丝即可。
微型排水罩局部干法水下焊接系统
水下湿法焊接
（三）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。 ➢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。
水下湿法焊接原理
当焊条与焊件接触时，电阻热将接触点处周围的水汽化， 形成一个气相区。当焊条稍一离开焊件，电弧便在气相区里 引燃，继而由电弧热将周围的水大量汽化，加上焊条药皮产 生的气体，在电弧周围形成一个一定大小的“气袋”，称为 电弧空腔，把电弧和在焊件上形成的熔池与水隔开。
1-电极 2-电弧 3-熔池 4-药皮套筒 5-气泡
水下湿法焊接特点
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。 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％。
MIG process
CO2 process
熔化极氩弧焊
不足之处： ➢与CO2焊相比，焊接成本高，焊接生产率低 ➢焊接准备工作要求严格，需要对焊接材料和焊接区 进行清理 ➢厚板焊接中的封底焊焊缝成形不如TIG焊质量好
MIG welding CO2 welding
MIG welding CO2 welding
常见焊接问题
焊缝金属和HAZ过硬 由于四周水的淬火效应，湿式焊接易于形成过高的焊接
金属硬度和HAZ硬度。极高的冷却速度产生细晶粒结构， 它们在大多数情况下降低焊接处韧性。这种韧性降低对 所有动态结构(船舶大多数明显属于这类结构)来说是极 不利的。
常见焊接问题
孔隙和夹渣 高 其它船舶焊接方法
授课内容： 氩弧焊 电渣焊及气电立焊 爆炸焊 水下焊接 激光焊及其复合热源焊接 搅拌摩擦焊
氩弧焊（MIG/TIG）
氩弧焊：利用氩气作保护气体的电弧焊方法，即 在电弧焊的周围通上氩弧保护性气体,将空气隔离 在焊区之外，防止焊区的氧化，按电极的不同分 为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。
电渣焊原理
利用电流通过渣池所产生的电阻热熔化工件材料和填 充金属的焊接方法。熔渣还对熔池起保护和净化的作用。 电渣焊一般是垂直向上施焊。填充金属有单焊丝、多焊 丝、焊丝加熔嘴（见图）和金属板等形式。焊丝连续送 进。
电渣焊特点
（1）焊接厚件时，生产率高，成本低。大厚度工件可一 次焊成，如单丝不摆动可焊接厚度为40～60mm，单丝摆 动可焊接厚度为60～150mm，三丝摆动可焊接厚度为 450mm。任何厚度的工件都不需开坡口，只需焊接端面 之间保持25～35mm的间隙即可一次焊成，省工省料，成 本低。
爆炸焊过程
焊接特点
爆炸焊所需装置简单，操作方便，成本低廉，适用于 野外作业。 爆炸焊对工件表面清理要求不太严，而结合强度却比 较高，适合于焊接异种金属，如铝、铜、钛、镍、钽、 不锈钢与碳钢的焊接，铝与铜的焊接等。 目前，在船舶与海洋工程中，爆炸焊主要用于制造有
特殊要求的复合板材。
焊接工艺
爆炸焊分点焊、线焊和面焊。接头有板和板、管和管、 管和管板等形式。 所使用炸药的爆轰速度、用药量、被焊板的间隙和角度、 缓冲材料的种类、厚度、被焊材料的声速、起爆位置等， 均对焊接质量有重要影响。
熔化极氩弧焊 Metal Inert Gas (MIG)
非熔化极氩弧焊 Tungsten Inert Gas (TIG)
钨极氩弧焊（TIG）
非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件 之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应 的惰性气体(常常用氩气)，形成一个保护气罩，使钨极端 头，电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触，能防 止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接头，其力 学性能非常好。 在焊接过程中根据实际需要，可以填丝也可不填丝。
随着水深的增加，电弧稳定性变坏，熔宽变窄，余高增大，焊缝成形 变差，易产生焊接缺陷。
5 m水深时的焊缝形貌
15 m水深时的焊缝形貌
常压干法水下焊接
常压干法水下焊接 ➢为了克服气体压力对焊接的不良影响，利用密封水下焊接 作业仓，内部气体为常压，排除了水深的影响。 ➢焊接设备的造价比高压水下焊接设备更昂贵，很少采用。
高压干法水下焊接
高压干法水下焊接是当前各种水下焊接质量最好的焊接方法 之一，但存在以下问题：
➢局限性大 要有一个大型气室（焊接仓），将被焊工件罩起来，在应用中往往受
到工程结构形状、尺寸和位置等因素限制。 ➢成本高
需要配备一支生命维持、温度调节、监控、照明和安全保障等系统。 ➢存在着气体压力对焊接的影响
水下湿法焊接特点
不采取特殊的排水措施，焊件的接缝在水湿状态下进 行焊接的方法。 该类方法操作方便、灵活，设备简单，施工造价较低， 故应用较广。 但该类方法能见度差，焊缝金属中氢含量较高，焊接 接头区易出现淬硬组织，导致焊缝质量及力学性能差， 故目前不采取有效措施尚不易用在重要海洋结构上。
局部干法焊接
熔化极氩弧焊(MIG)
焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝 和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。 它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池， 冷凝后形成焊缝；另一个是保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用， 保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如Ar80％＋
垂直气电焊
气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而 形成的一种气-渣联合保护焊方法。 它利用类似于电渣焊所采用的水冷滑块挡住熔融的金 属，使之强迫成形，以实现立向位置的焊接。
与窄间隙焊的主要区别在于焊缝一次成形，而不是多道多层焊；与电渣 焊的主要区别在于熔化金属的热量是电弧热而不是熔渣的电阻热。
2)急冷效应 海水的热传导系数较高，约为空气的 20 倍左右。即使是 淡水，其热传导系数也为空气的个几倍。若采用湿法或局部干法水下 焊接时，被焊工件直接处在水中，水对焊缝的急冷效应极明显，容易 产生高硬度的淬硬组织。只有采用干法焊接时，才能避免急冷效应