随着铝合金在海洋工程领域的广泛应用,其切割作业大幅增加,对切割方法提出更高的要求。水下电弧切割方法具有设备简单,安全高效,综合成本低等优势,目前水下电弧切割铝合金的研究还不够深入。本文针对上述不足,以5052铝合金为例开展工艺、机理研究。为提高水下观测效果,本文设计了一种双面观测装置。对于双面观测装置,基于镜面反射原理,采用了对称的双面观测方式,通过多组反光镜面将工件正面和反面的光线聚焦成一组平行线,实现一个相机同时观测工件正反两面。为了克服双面观测图像中出现的重影,采用前镀膜镜代替普通反光镜消除了重影。为了解决拍摄出的图像镜像影响观测的问题,选择MATLAB设计相应的处理程序对图像进行反镜像处理,提高观测质量。双面观测装置对细节捕捉能力较差,为了更清晰的观测切割时的起弧、熔滴和气泡信息,设计了一种侧面观测结构。侧面观测结构在工件的端面粘接玻璃片约束气泡和杂质的运动方向,减少相机光路上的影响。针对普通玻璃耐高温性能差,大厚度石英玻璃容易糊的问题,采用小厚度石英玻璃叠加大厚度普通玻璃结构。研究了铝合金的切割工艺和切割过程,分析了铝合金切割的状态。首先开展工艺研究分析对比了电流、电压和切割速度等工艺参数对铝合金切割效果的影响,结果表明:随着电流增加,电弧从工件正面迁移至工件反面,使正面割口宽度略有减小,反面割口宽度增加;小电压时割丝深入工件内部,大电压时电弧长度增加,割丝不需要深入工件内部,因此电压增加正面割口宽度增加程度大于反面割口,切割速度增加时,工件线能量降低,切割能力下降。其次采用设计的双面观测装置和侧面观测结构记录水下电弧切割5052铝合金的过程。切割时割丝与工件接触产生电阻热形成气泡,在割丝与工件之间的间隙处起弧,起弧后电弧一直被气泡包裹,气泡存在周期性的生成、长大和上浮过程。切割至工件中间时,工件反面出现一个气泡,该气泡受热量影响,尺寸一直在变化,最终熔化的工件金属在该气泡中掉落形成割口。然后比较了水下切割铝合金和低碳钢,铝合金切割时存在燃烧现象,分析是铝合金中的镁燃烧和发生了铝热反应。最后基于铝合金切割时的化学反应带来的热量使切割效率增加,考虑到药芯割丝的成本,探索了焊丝水下切割铝合金的可行性,结果是H08Mn2Si焊丝可切割厚度5mm以下的铝合金板材,ER5183焊丝不具备水下切割铝合金效果。