水下焊接技术在水下工程建设和修复方面具有大量的应用需求。在众多的水下焊接方法中,局部干法焊接利用微型排水罩将焊接区域的水排开后进行焊接,接头质量容易保证,而且无需大型排水设备,易于实现水下焊接自动化,在海洋工程建设方面具有良好的应用前景。局部干法焊接时需要在微型排水罩内通入高压空气,然而高压空气在微型排水罩内的流动难免会形成横向流动的风场,影响电弧形态和焊接过程的稳定性。若能利用这一横向流动的风场,用于横向焊接中抑制重力作用下熔池下淌的问题,将会化弊为利,从力学和能量两方面抑制熔池下淌,改善焊缝成形。首先利用数值模拟的方法,研究了不同结构的微型排水罩内高压气体的风场结构。综合对比发现,在出口上侧设挡板可大大增加出口流速,而使用多孔介质隔板又可降低流速,减少环流,并在其底部形成了稳定的层流风场。最终综合其优点,确定了微型排水罩的具体结构,并加工出了微型排水罩。其次建立了MIG焊接电弧的数学模型,借助于UDF/UDS功能对商业CFD软件Fluent进行二次开发后,以磁流体动力学理论为依据,模拟出了不同侧向风速和环境压力下电弧等离子体的温度场、速度场、压力场,并得到其变化规律:随着环境压力的升高,电弧有收缩迹象,电弧等离子体的温度场、速度稍有减小,弧柱区压力场强度增大;在侧向风场的吹袭下电弧偏向一侧,温度场、压力场、速度场变化较为一致,其偏角与风速大小均呈线性增长关系,且增长斜率相当。然后进行了焊接实验,采用高速相机拍摄电弧在不同侧向风速下的形态,发现其实际变化与模拟结果基本一致。最后,做了不同参数下有侧向风场与否的两组对应焊接实验,利用线性回归的方法,得到了电弧的静态传感特性数学模型,并与实验结果相比较,偏差在合理的范围内,结果较为真实、可信。对比发现在侧向风场的影响下,电流信号波动增大,焊接参数的设置要求更为严格,干伸长随电流变化的斜率增大。