随着海洋事业的不断发展,我国对水下焊接技术的需求日益提高。水下湿法焊接基于其操作简单、通用性强、经济性好等优势,目前已广泛应用于水下焊接领域,但由于缺少焊接防护措施,水下湿法焊接存在焊接电弧不稳定、焊接冶金损失严重、焊缝成形较差等诸多问题。水下湿法焊接中存在的问题与熔滴过渡形式密切相关,由于水环境及水下压力的存在,水下湿法焊接的熔滴过渡过程具有一定的特殊性。本研究针对水下药芯焊丝湿法焊接熔滴过渡过程展开了相关理论研究工作,不仅填补了水下湿法焊接熔滴过渡领域理论研究的空白,而且为水下湿法焊接熔滴过渡行为的控制提供理论支撑。基于X射线高速成像与电信号同步采集系统,观测了水下湿法焊接熔滴过渡行为,并根据熔滴过渡行为的不同划分了熔滴过渡形式,探索了熔滴过渡形式随焊接参数的转换条件。研究表明,根据熔滴过渡行为的不同,水下湿法焊接基本熔滴过渡形式分为排斥过渡、短路过渡以及“潜弧过渡”;根据排斥角大小的不同,排斥过渡可分为大角度排斥过渡与小角度排斥过渡,根据短路过渡阶段的不同,短路过渡可分为短路表面张力过渡与短路爆炸过渡;同一焊接参数下,熔滴过渡形式不是单一的,而是由三类基本过渡形式按一定比例组成,称为混合过渡;随着焊接参数的改变,混合过渡形式中基本过渡形式的种类及比例、熔滴直径及过渡频率均发生相应改变。基于静力学平衡理论,构建了水下湿法焊接熔滴过渡受力模型,探索了焊接参数对熔滴过渡行为的影响机理,并通过流体软件FLUENT模拟了水下湿法焊接上升气泡对熔滴过渡行为的影响。分析指出:在水下湿法焊接中,熔滴受到内部作用力和外部作用力的共同作用,内部作用力指气体动力,外部作用力包括表面张力、重力、电磁收缩力、等离子流力、斑点压力以及气体拖拽力。与陆上焊接不同,在水下湿法焊接中由于受到水环境的冷却作用,焊接电弧冷却收缩,等离子流力对熔滴过渡的促进作用减弱,电磁收缩力方向与熔滴过渡方向相反,阻碍熔滴过渡;上浮气泡与熔滴相互作用,产生气体拖拽力,该力是水下湿法焊接中特有的作用力,对熔滴过渡起到阻碍、排斥作用。焊接参数通过改变熔滴受力条件,影响熔滴的过渡行为,包括熔滴过渡形式、熔滴直径及过渡频率。通过对不同过渡形式下的焊接电信号、熔滴过渡影像、焊接飞溅及焊后试件进行分析,研究了熔滴过渡行为对焊接电弧稳定性、焊缝成形及焊接飞溅的影响,研究表明在水下湿法药芯焊丝焊接过程中,当混合过渡形式以短路过渡和小角度排斥过渡为主时,熔滴过渡平稳,焊接电弧燃烧稳定,焊接飞溅产生频率较低,焊缝成形均匀;当混合过渡形式以大角度排斥过渡或“潜弧过渡”为主时,焊接电弧燃烧不稳定,易于产生焊接飞溅,熔滴易对焊件产生冲击,焊缝两侧易于产生焊瘤缺陷,焊缝成形较差。