水下湿法焊接因其成本低、操作便捷、可适应不同水深的环境要求等优势逐渐成为海洋设施建设及修补工程中必不可少的技术,但在实际焊接过程中,受深水环境的高压与水分解产生的活性粒子成分的影响,焊接电弧极易出现断弧、灭弧以及焊缝质量差等现象,这些现象本质上是由于湿法焊接电弧的击穿机制与陆地干法以及水下干法、局部干法焊接不同,其在水下进行的是一种由液体、气体和杂质组成的复合导电介质下的液体击穿现象,击穿过程涉及多种复杂微粒子态物理化学反应,难以采用常规检测手段探究其击穿特性,相关研究仍处于探索阶段。因此本文采用实验与模拟相结合的方法,从微观粒子学角度深入开展湿法焊接电弧击穿机制的研究,对水下湿法焊接技术的发展具有重要意义。首先,本文基于实验平台进行了水下0.3m,35V、水下0.3m,40V和水下20m,35V条件的湿法焊接电弧击穿实验,采集击穿过程中的光谱以及气泡演化图像,通过分析气泡与电弧的演化过程,探究湿法焊接电弧的产生机理以及电弧等离子体介质击穿的本质,并对比分析调升电压和压力对击穿演化的影响;通过对实验光谱的分析,获取相应三种条件的电弧粒子主成分,并根据玻尔兹曼方程以及Stark展宽法分别计算对应条件的稳态电弧温度以及电子数密度,为击穿模型的建立与结果验证提供理论基础。其次,根据水下0.3m,35V电弧击穿实验的环境参数以及实验结果,结合气泡击穿机理,采用Vsim等离子体仿真软件,基于PIC/MCC（耦合蒙特卡罗碰撞）方法建立水下湿法焊接电弧击穿模型。通过对击穿过程进行阶段划分,即电子发射阶段、极板介质击穿阶段和稳定阶段,从而分析不同阶段的空间电势场、电场强度、相空间速度、宏粒子数目以及电子数密度、电弧粒子动态分布、电弧温度等参数的时域变化特性。结果表明:在电子发射阶段,空间电势场以及电场强度迅速升高,电子崩效应强,水分解程度较高,各离子数目急剧增加,含氢成分比重增大,电弧温度升高;在极板介质击穿阶段,电势场以及电场强度则快速减小,水的分解逐渐达到饱和,此时弧束电子流冲击极板形成椭球形态,极板区域所含成分主要为Fe⁺、Fe²⁺离子,而C⁺、Mn⁺、Mn²⁺、Si⁺、Si²⁺离子相对较少,弧束温度在该阶段达到峰值5570K后逐渐下降;在稳定阶段,空间电势场以及电场强度逐渐趋于稳定波动,各离子数目均达到饱和态,电子数密度以及电弧温度分别趋于稳定值6.635?10²³（1/m³）和4835K,与实验光谱测算结果验证相符。最后,基于水下0.3m,35V电弧击穿模型,通过调升电压以及压力参数,分别建立水下0.3m,40V以及水下20m,35V条件的电弧击穿模型,对比分析不同阶段相关参数的时域变化,探究电压与压力参数对击穿过程的影响。结果表明:（1）调升电压后,同时刻的电势场以及电场强度明显升高,电子速度同比增大,电弧击穿能力加强,电子与水分子之间的电离碰撞反应加剧,水分解产生的各离子数目增多,H⁺、OH⁺、O⁺、H₂⁺离子的饱和数目达到35V模型的2倍,但电弧含氢成分比重也随之增大,焊缝氢脆效应增强,极板介质层的击穿深度略有增大,极板离子的数目有所增加,同时电子数密度和电弧温度较初始模型均有所升高,稳态值分别为7.582?10²³（1/m³）和7618K,与实验光谱测算结果验证相符。（2）调升压力后,同时刻的电势场以及电场强度减小,弧心高电势区域明显收缩,电子与水蒸气分子之间以高频率弹性以及激发碰撞为主,动能损失增加,电子速度减小,电离碰撞以及电子崩效应减弱,水解产生的H⁺、OH⁺、O⁺离子的饱和数目减少了50%以上,且并未观察到H2⁺离子,含氢成分比重下降,且同时刻的弧束粒子团覆盖半径缩小,弧束呈现收缩形态,极板介质层的击穿宽度收窄,电弧击穿能力大大降低,但高压下,电子数密度以及电弧温度大大提升,稳态值分别为9.274?10²³（1/m³）和7400K,与实验光谱测算结果验证相符。