水下焊接在海洋工程、核电核岛以及水利工程等的水下结构物连接和在役维护中发挥着关键性的作用。局部干法水下MIG焊接（Local Dry Underwater Metal Inert-gas Welding,LDUW-MIG）采用小型排水装置将待焊局部区域的水排干并进行焊接,不仅集成了湿法操作简单、成本低的优点,同时又具备干法对电弧保护的效果,是一种非常有前景的水下结构物的焊接方法。然而,水的导热系数约为空气的20倍,密度约为空气的770倍,此外还存在水深压力对电弧的压缩作用,如果电弧燃烧及熔滴过渡等过程得不到有效的保护,极易出现引弧/重燃弧困难、断弧、熔滴过渡均匀性差等问题,严重影响水下焊缝成形质量。针对上述存在的焊接质量的问题,本文搭建了LDUW-MIG试验平台,以AISI304不锈钢为焊接材料,探索了双气帘结构微型排水装置（Double Curtain Miniature Drainage Cover,DCMDC）内部排水方式等对LDUW-MIG过程中的电弧燃烧状态、熔滴过渡行为以及焊缝成形的影响,研究了LDUW-MIG成形机理。论文主要的研究内容如下:（1）搭建了LDUW-MIG试验平台。该平台的主要组成部分包括水下焊接机器人、碳化硅（Silicon Carbide,Si C）焊接电源、轻量化全密封潜水送丝装置（Lightweight AllSealed Wire Feeder,LAWF）及DCMDC;Si C焊接电源与水下焊接机器人之间、LAWF与送丝控制板之间使用CAN（Controller Area Network）实现信号的同步,并通过采集焊接过程电信号波形实现对焊接质量的实时检测。试验结果表明:在陆上焊接时,电弧燃烧平稳,几乎没有飞溅及断弧现象的发生,焊缝成形质量较好;在水深20 cm的环境中,在合适焊接参数的配合下,该试验平台各子系统之间能够按照设计指标协调配合,焊接过程平顺连续,对于断弧/重燃弧的控制迅速准确,能够获得与陆上焊接相类似的焊缝成形效果。（2）针对LDUW-MIG在良好的排水效果与高质量的焊缝成形之间存在的不“兼容”问题,本文设计了基于维辛斯基二次收缩曲线的DCMDC,并构建了DCMDC的仿真模型。使用Fluent软件对在较大范围内变化的DCMDC内气体压力参数进行数值模拟仿真,通过绘制气体仿真流线等方式研究了保护气和排水气在DCMDC内的流动及相互干扰情况;通过对Fluent进行二次开发,研究了DCMDC内部的气体流动变化对电弧燃烧状态的影响。仿真结果表明:排水气在进气方式和通道型面结构的双重作用下,具有围绕电弧燃烧区域螺旋流动的特征,确认了DCMDC设计的合理性;当所用排水气压力小于0.1 MPa时,DCMDC密闭性较差,水的渗入干扰了正常的焊接过程;当所用排水气压力为0.2 MPa左右时,排水气与保护气之间的互相干扰较小,水下焊接过程得到改善;当排水气压力超过0.3 MPa后,由于伯努利效应的存在,排水气和保护气流动时产生的干扰显著加剧,水下焊接过程也会受到影响;为了验证模拟仿真结果的准确性,通过排水试验观察了不同气体压力参数下DCMDC底端的水流,该试验结果也证实了模拟仿真中所显示的位于DCMDC内电弧燃烧区域的气体螺旋流动状态。（3）研究了LDUW-MIG的电弧燃烧状态和熔滴过渡行为。采用镝灯作为背景光源,利用厚度较小的透明挡水套,搭建了LDUW-MIG水下高速图像采集平台;在进行LDUW-MIG试验时,DCMDC内使用0.1 MPa～0.4 MPa压力范围内的保护气和排水气;试验结果首次获得了LDUW-MIG试验过程中的电弧燃烧状态、熔滴尺寸及熔滴过渡形式,并分析了电弧燃烧状态演变机理及熔滴过渡成形机理;确定了以电流电压变异系数和焊缝表面成形质量为主的焊接过程稳定性评价指标,为LDUW-MIG在更广泛领域中的应用提供了理论依据和技术支持。（4）探索了AISI 304不锈钢焊缝在水下环境及不同气体压力参数影响时的组织演变机理。对比了多组不同气体压力试验参数下的焊缝成形、力学性能以及微观金相组织的表征结果,确定了在冷却速度以及热输入双重作用下的AISI 304不锈钢焊缝的微观组织演变行为,解释了不同焊接试验参数下的焊缝宏观性能表现。通过指状熔深程度优化模型确定了LDUW-MIG试验平台优选的焊缝成形效果,对该焊缝各区域的化学成分、显微组织等方面进行了分析研究,同时使用电子背散射衍射技术（Electron Back Scattering Diffraction,EBSD）分析了该焊缝各区域的晶粒尺寸、织构类型、晶界类型以及相界角度构成,并阐述了上述特征与焊缝力学行为之间的关系。