水下湿法药芯焊接涉及的是复合液体导电介质（包含水,气泡,杂质）基础上的液体击穿机理,其涉及到多种复杂微粒子态物理化学反应,要解决深水湿法焊接的困境问题,必须从湿法焊接同陆地焊接不同的物理本质问题着手,即焊接电弧物理问题着手进行分析。本文基于实验平台获取的实验数据,通过数值模拟的方法,从微观粒子角度对高压深水及混粉辅助水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制展开研究,以期对增强水中电弧液体击穿能效与改善湿法焊接质量提供理论指导作用。基于电弧光谱信号采集系统与高速摄像信号采集系统获取水下焊接电弧光谱和气泡信息,分析了电弧等离子体粒子主成分和气泡演变过程。根据电弧光谱得到的电弧等离子体粒子主成分,选取电子、H、O、H+、O+这五种粒子计算不同水深条件下电弧等离子体电导率。选取水蒸气作为气泡气体成分,计算不同水深条件下的介电常数,由此得到不同水深条件下等离子体电导率和介电常数,为后文建立不同水深条件下电弧等离子体介质击穿模型奠定了基础。根据水下湿法焊接试验参数和水下湿法焊接的特点,进行合理的假设与简化,基于PIC-MCC方法,建立高压不同水深条件下电弧等离子体介质击穿的三维数值分析模型。首先,将实验光谱诊断分析结果与数值模拟结果进行对比,验证了模型的合理性与正确性。其次,对比不同水深条件下数值模拟结果,实现对高压水下湿法焊接电弧介质击穿放电过程中的微观分析。研究表明:随着水深增加,电弧电子数目增加,且随着水深压力增大,阴极焊头处电子雪崩效应更加剧烈,产生更多数目电子,电子呈现中间密集、周围稀疏分布情况,导致阴极焊头附近电场强度波动变化更剧烈。水深100m条件下极板上粒子分布深度大于水深40m,与熔深随着水深增加而增加结果吻合。另外,与40m水深相比,100m水深条件下等离子体电子温度和电子数密度在各时刻均有所增加。基于混粉电火花工艺对液体击穿能效和加工质量提升机理,提出一种混粉辅助水下湿法焊接方法。根据混粉粉末的电离能、沉淀特性等性质,选用铝粉作为混粉添加剂;定量分析了添加混粉后体系混合相的介电常数、电导率。考虑不同混粉条件下的介电常数和电导率,建立基于PIC-MCC方法的混粉辅助湿法焊接电弧等离子体介质击穿模型,水深条件为0.3m,粉末浓度选定为4g/L、8g/L,探究了有无混粉以及不同粉末浓度对水下湿焊电弧介质击穿放电的影响规律。研究表明:铝粉的加入,有利于增强极间电场强度,且随着粉末浓度增加,电弧电子数目、电子数密度也相应增加,最终促进了背景气体介质击穿。粉末浓度增加,极板上粒子产生数目不断减少,粒子分布深度减小、横向截面上粒子分布扩宽,对应在加工表面上反映为焊缝熔深减少、焊缝熔宽增加,有利于改善焊接质量。