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收稿：2023-09-13，
修回：2023-11-16，
纸质出版：2024-04-25
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水下湿法焊接技术由于其成本低、对工件形状和接头形式限制少、配套设备少等优点已成为国内外水下工程技术研究的热点之一。对比了湿法、局部干法、干法等水下电弧焊方法，分析水下湿法焊接用于大规模海洋设施结构的制造及维护的优势。总结了当前水下湿法焊接工艺中的突出问题：接头氢含量高带来裂纹等风险、水环境中冷却速度过快影响焊缝组织和性能、焊接过程（气泡、电弧、熔滴过渡）不稳定导致接头不可靠。随后分别针对上述工艺问题，总结近十几年来学者提出的调控方法，如通过调整焊材成分、调整工艺参数以及加入隔离措施来降低焊缝中的氢，通过辅助热源及保温措施避免接头过快冷却，通过脉冲焊接电流或附加超声的方法改善气泡、电弧及熔滴过渡的不稳定等。总结了近年来较热门的通过外加辅助能场调控水下湿法焊接的最新进展。
Underwater wet welding technology has become a hot research topic in underwater engineering technology both domestically and internationally due to its advantages such as low cost
less restrictions on workpiece shape and joint form
and fewer supporting equipment. This article first compares underwater arc welding methods such as wet method
local dry method
and dry method
and analyzes the advantages of underwater wet welding used for the manufacturing and maintenance of large-scale marine facility structures. Then
the prominent problems in the current underwater wet welding process were summarized: high hydrogen content in the joints brings risks such as cracks
too fast cooling speed in the water environment affects the microstructure and performance of the welds
and unstable welding processes (such as bubbles
arc and droplet transfer) lead to unreliable joints. Subsequently
in response to the above-mentioned process issues
the control methods proposed by scholars in the past decade were summarized
such as adjusting the composition of welding materials
adjusting process parameters
and adding isolation measures to reduce hydrogen in the weld seam
avoiding rapid cooling of the joint through auxiliary heat sources and insulation measures
and improving the instability of bubble
arc
and droplet transfer through pulse welding current or additional ultrasound methods. In addition
the latest developments in the regulation of underwater wet welding through external auxiliary energy fields
which have been popular in recent years
are specifically summarized.
Han Y F ， Jia C B ， Zhang M F ， et al . Key mechanisms and process features of the metal transfer and cavity evolution during underwater submerged arc welding ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2023 ， 319 ： 118053 ．
程双球 ， 高兴 ， 刘勇 ， 等 ． 《水下焊接作业要求》的制订与应用 ［J］. 焊接技术 ， 2022 ， 51 （ 09 ）， 127 - 130 .
CHENG S Q ， GAO X ， LIU Y ， et al . Formulation and application of "Underwater Welding Operation Requirements" ［J］. Welding Technology ， 2022 ， 51 （ 09 ）： 127 - 130 ．
韩凤起 ， 李志尊 ， 孙立明 ， 等 . 水下湿法手工自蔓延焊接技术 ［J］. 焊接学报 ， 2019 ， 40 （ 07 ）， 149 - 155 ．
HAN F Q ， LI Z Z ， SUN L M ， et al . Research on underwater wet manual SHS welding ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2019 ， 40 （ 07 ）： 149 - 155 ．
马云鹤 ， 李志尊 ， 孙立明 ， 等 . 水下湿法焊接技术研究进展 ［J］. 热加工工艺 ， 2018 ， 17 （ 47 ）， 10 - 13 ．
Ma Y H ， Li Z Z ， SUN L M ， et al . Research Progress of Underwater Wet Welding Technology ［J］. Hot Working Technology ， 2018 ， 17 （ 47 ）： 10 - 13 ．
梁亚军 ， 薛龙 ， 吕涛 ， 等 . 水下焊接技术及其在我国海洋工程中的应用 ［J］. 金属加工（热加工） ， 2009 （ 04 ）： 17 - 20 ．
LIANG Y J ， XUE L ， LV T ， et al . Underwater welding technology and its application in marine engineering in China ［J］. MW Metal Forming ， 2009 （ 04 ）： 17 - 20 .
焦向东 ， 朱加雷 . 海洋工程水下焊接自动化技术应用现状及展望 ［J］. 金属加工（热加工） ， 2013 ： 24 - 26+32 ．
JIAO X D ， ZHUA J L . The Application Status and Prospects of Underwater Welding Automation Technology in Ocean Engineering ［J］. MW Metal Forming ， 2013 ： 24 - 26+32 .
周利 ， 刘一搏 ， 郭宁 ， 等 . 水下焊接技术的研究发展现状 ［J］. 电焊机 ， 2012 ， 42 （ 11 ）： 6 - 10 ．
ZHOU L ， LIU Y B ， GUO N ， et al . Research and Development Status of Underwater Welding Technology ［J］． Electric Welding Machine ， 2012 ， 42 （ 11 ）： 6 - 10 ．
吴磊 ， 宋红伟 . 水下焊接技术的现状及发展趋势 ［J］． 管道技术与设备 ， 2012 （ 02 ）： 37 - 39 ．
WU L ， SONG H W . Current Status and Development Trends of Underwater Welding Technology ［J］. Pipeline Technique and Equipment ， 2012 （ 02 ）： 37 - 39 ．
王中辉 ， 张东东 . 高压焊接试验舱研究现状 ［J］. 焊管 ， 2012 ， 35 （ 05 ）： 50 - 53 ．
WANG Z H ， Z D D . Research Status of Hyperbaric Welding Test Chamber ［J］. Welded Pipe and Tube ， 2012 ， 35 （ 05 ）： 50 - 53 ．
Hu Y ， Shi Y L ， Sun K ， et al . Microstructure evolution and mechanical performance of underwater local dry welded DSS metals at various simulated water depths ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2019 ， 264 ： 366 - 376 ．
裴凯 . 局部干法水下脉冲MIG焊熔滴过渡特性研究 ［D］. 广东 ： 华南理工大学 ， 2022 ．
PEI K . Research on droplet transfer characteristics of local dry underwater pulsed mig welding ［D］. Guangdong ： South China University of Technology ， 2022 ．
Liao H ， Zhang W ， Li X ， et al . Numerical simulation and experimental verification of droplet transfer during local dry underwater MIG welding process of SUS304 ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2022 ， 21 ： 1960 - 1973 ．
邢霄 . 304不锈钢水下激光焊接排水装置设计及焊接工艺研究 ［D］. 黑龙江 ： 哈尔滨工业大学 ， 2017 ．
XING X . Design on Draining Water Device and its Welding Procedure Research in Umderwater Laser Welding of 304 Stainless steel ［D］. Heilongjiang ： Harbin Institute of Technology ， 2017 ．
侯瑞麟 . 局部干法焊接装置设计及其关键技术研究 ［D］. 黑龙江 ： 东北石油大学 ， 2022 ．
HOU R L . Research on the Design and Key Technology of Local Dry Welding Device ［D］. Heilongjiang ： Northeast Petroleum University ， 2022 ．
Jacek T ， Jerzy L ， Dariusz F . Cold cracking of S460N steel welded in water environment ［J］. Polish Maritime Research ， 2018 ， 25 （ 3 ）： 131 - 136 ．
Rowe M ， Liu S . Recent developments in underwater wet welding ［J］. Science Technology Welding Join ， 2001 ， 6 （ 6 ）： 387 - 396 ．
杨杰 . 水下湿法药芯焊丝焊接典型大滴排斥过渡数值模拟 ［D］. 山东 ： 山东大学 ， 2021 ．
YANG J . Numerical simulation of typical globular repelled metal transfer in underwater wet flux-cored arc welding（FCAW） ［D］. Shandong ： Shandong University ， 2021 ．
Barnabas S G ， Rajakarunakaran S ， Pandian G S ， et al ． Review on enhancement techniques necessary for the improvement of underwater welding ［J］. Materials Today ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 1191 - 1195 ．
杜永鹏 . 水下湿法焊接过程稳定性及熔滴过渡控制研究 ［D］. 黑龙江 ： 哈尔滨工业大学 ， 2019 ．
DU Y P . Research underwater wet welding stability and metal transfer control ［D］. Heilongjiang ： Harbin Institute of Technology ， 2019 ．
Jia C B ， Zhang T ， Maksimov S ， et al . Spectroscopic analysis of the arc plasma of underwater wet flux-cored arc welding ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2013 ， 213 （ 8 ）： 1370 - 1377 ．
Pessoa E ， Liu S . The state of the art of underwater wet welding practice：part2 ［J］. Welding Journal ， 2021 ， 100 （ 5 ）： 171 - 182 ．
Wang J ， Liu Y ， Feng J C ， et al . Microstructure evolution of e40 steel weldments in ultrasonic-wave-assisted underwater FCAW ［J］. Welding Journal ， 2021 ， 100 （ 3 ）： 106 - 120 ．
Świerczynska A ， Fydrych D ， Rogalski G . Diffusible hydrogen management in underwater wet self-shielded flux cored arc welding ［J］. Hydrogen Energy ， 2017 ， 42 （ 38 ）： 1 - 9 ．
Vashishtha P ， Wattal R ， Pandey S ， et al . Problems encountered in underwater welding and remedies-a review ［J］. Materials Today ， 2022 ， 64 （ 3 ）： 1433 - 1439 ．
Ibarra S ， Liu S ， Olson D L . Underwater Welding of Steels ［C］// Welding Brazing and Soldering—ASM Materials Handbook Volume 6 ， ASM International ， 1993 ： 1010 - 1015 ．
Zhao B ， Chen J ， Jia C ， et al . Numerical analysis of molten pool behavior during underwater wet FCAW process ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2018 ， 32 ： 538 - 552 ．
Omajene J ， Martikainen J ， Wu H ， et al . Optimization of underwater wet welding process parameters using neural network ［J］. International Journal of Mechanical and Materials Engineering ， 2014 ， 26 （ 9 ）： 26 ．
Wang J F ， Sun Q J ， Zhang S ， et al . Characterization of the underwater welding arc bubble through a visual sensing method ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2018 ， 251 ： 95 - 108 ．
Gguo N ， Liu D ， Gguo W ， et al . Effect of Ni on microstructure and mechanical properties of underwater wet welding joint ［J］. Materials & Design ， 2015 ， 77 （ 15 ）： 25 - 31 ．
Wang J F ， Sun Q J ， Hou S J ， et al . Bubble evolution in ultrasonic wave-assisted underwater wet FCAW Weld ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2019 ， 181 （ 5 ）： 150 - 163 ．
Yang Q Y ， Han Y F ， Jia C B ， et al . Impeding effect of bubbles on metal transfer in underwater wet FCAW ［J］． Journal of Manufacturing Processes ， 2019 ， 45 ： 682 - 689 ．
Plessis J D ， Toilt D M . Reducing diffusible hydrogen contents of shielded metal arc welds through addition of flux-oxidizing ingredients ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2008 ， 17 ： 50 - 56 ．
Li H L ， Liu D ， Song Y Y ， et al . Microstructure and mechanical properties of underwater wet welded high-carbon-equivalent steel Q460using austenitic consumables ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2017 ， 249 ： 149 - 157 ．
Jia C ， Wu J ， Han Y ， et al . Underwater Pulse-Current FCAW-Part 1：Waveform and Process Features ［J］． Welding Journal ， 2020 ， 99 （ 5 ）： 135 - 145 ．
Guo N ， Wang M R ， Du Y P ， et al . Metal transfer in underwater flux-cored wire wet welding at shallow water depth ［J］. Materials Letters ， 2015 ， 144 （ 1 ）： 90 - 92 ．
Ma Q ， Li L H ， Liu S X ， et al . Comparative evaluation of self-shielded flux-cored wires designed for high strength low alloy steel in underwater wet welding：Arc Stability，Slag Characteristics，and Joints’Quality ［J］． Journal of Materials Engineering and Performance ， 2022 ， 31 （ 2 ）： 1 - 14 ．
Klett J ， Hecht V ， Grunzel O ， et al . Effect of the water depth on the hydrogen content in SMAW wet welded joints ［J］. SN Appl Sci ， 2020 ， 7 （ 2 ）： 1 - 14 ．
Chen H ， Gguo N ， Shi X H ， et al . Effect of hydrostatic pressure on protective bubble characteristic and weld quality in underwater flux-cored wire wet welding ［J］． Journal of Materials Processing Technology ， 2018 ， 259 ： 159 - 168 ．
Chen H ， Guo N ， Zhang X ， et al . Effect of water flow on the microstructure， mechanical performance and cracking susceptibility of underwater wet welded Q235 and E40 steel ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2020 ， 277 ： 1 - 13 ．
Santos V R ， Monteiro M J ， Rizzo F C ， et al . Development of an Oxyrutile Electrode for Wet Welding ［J］． Welding Journal ， 2012 ， 91 （ 12 ）： 319 - 328 ．
Łabanowski J ， Fydrych D . Underwater welding-A Review ［J］. Advances in Materials Science ， 2008 ， 17 （ 8 ）： 11 - 22 ．
Zhang X ， Guo N ， Luo W X ， et al . A novel liquid-shielded welding solution for diffusible hydrogen content restriction and metal transfer controlling in underwater FCAW condition ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2022 ， 47 （ 11 ）： 7362 - 7367 ．
Zhang X ， Guo N ， Ding Y ， et al . A novel approach of ultra-low diffusible hydrogen welding wire for underwater wet flux-cored arc welding：a spontaneous barrier of molten slag ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 24 ： 5669 - 5674 ．
Chen H ， Guo N ， Xu K X ， et al . In-situ observations of melt degassing and hydrogen removal enhanced by ultrasonics in underwater wet welding ［J］. Materials & Design ， 2020 ， 188 ： 108482 ．
Zhang H T ， Dai X Y ， Feng J C ， et al . Preliminary investigation on real-tim induction heating-assisted underwater wet welding ［J］. Welding Journal ， 2015 ， 94 ： 8 - 15 ．
胡乐亮 . 外加中频热场辅助水下湿法焊接工艺研究 ［D］. 黑龙江 ： 哈尔滨工业大学 ， 2013 ．
HU L L . Research on welding procedure of underwater-wet welding technology with trailing medium frequency induction heating ［D］. Heilongjiang ： Harbin Institute of Technology ， 2013 ．
Labanowski J ， Prokon-strzel czynska K ， Rogalski G ， et al . The effect of wet underwater welding on cold cracking susceptibility of duplex stainless steel ［J］. Advances in Materials Science ， 2016 ， 16 （ 2 ）： 68 - 77 ．
Zhang Y ， Jia C B ， Wang X J ， et al . Investigation on the bubble dynamic behaviors and corresponding regulation method in underwater flux-cored arc welding ［J］． Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part B： Journal of Engineering Manufacture ， 2019 ， 233 （ 7 ）： 1808 - 1817 ．
Tsai C L ， Masubuchi K . Mechanisms of rapid cooling in underwater welding ［J］. Applied Ocean Research ， 1979 ， 2 A（ 1 ）： 99 - 110 ．
Zhao B ， Chen J ， Wu C ， et al . Numerical simulation of bubble and arc dynamics during underwater wet flux-cored arc welding ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2020 ， 59 ： 167 - 185 ．
Oliverira F ， Soares W R ， Brancarense A . Study correlating the bubble phenomenon and electrical signals in underwater wet welding with covered electrodes ［J］. Welding International ， 2012 ， 9 （ 5 ）： 363 - 371 ．
Mendonça C M ， Bracarense A Q . Investigation of bubbles phenomenon in underwater wet welding with self-protected tubular wire ［J］. Soldagem Inspeção ， 2019 ， 24 ： 1 - 14 ．
Feng J C ， Wang J F ， Sun Q J ， et al . Investigation on dynamic behaviors of bubble evolution in underwater wet flux-cored arc welding ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2017 ， 28 （ 1 ）： 156 - 167 ．
Wang J F ， Sun Q J ， Liang Y L ， et al . Analysis and improvement of underwater wet welding process stability with static mechanical constraint support ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2018 ， 34 ： 238 - 250 ．
Guo N ， Fu Y L ， Feng J C ， et al . Classification of metal transfer model in underwater wet welding ［J］. Welding Journal ， 2016 ， 95 ： 133 - 140 ．
Jia C B ， Zhang Y ， Zhao B ， et al . Visual sensing of the physical process during underwater wet FCAW ［J］. Welding Journal ， 2016 ．
张勇 . 水下湿法药芯焊丝焊接过程熔滴过渡、气泡行为以及焊缝成形的研究 ［D］. 山东 ： 山东大学 ， 2018 ．
ZHANG Y . The investigation of metal transfer，bubble behavior and bead formation during underwater wet FCAW ［D］. Shandong ： Shandong University ， 2018 ．
Wang J F ， Sun J Q ， Hou S J ， et al . Dynamic control of current and voltage waveforms and droplet transfer for ultrasonic-wave-assisted underwater wet welding ［J］. Materials & Design ， 2019 ， 181 ： 108051 ．
Chen H ， Guo N ， Zhang Z H ， et al . A novel strategy for metal transfer controlling in underwater wet welding using ultrasonic-assisted method ［J］. Materials Letters ， 2020 ， 270 （ 1 ）： 127692 ．
Wu J ， Han Y ， Jia C ， et al . Underwater Pulse-Current FCAW Part 2：Bubble Behaviors and Waveform Optimization ［J］. Welding Journal ， 2020 ， 99 （ 12 ）： 303 - 311 ．
孟德宇 . 电磁辅助电弧直接成形数值模拟 ［D］. 湖北 ： 华中科技大学 ， 2012 ．
Meng D Y . Numerical simulation of electromagnetic assisted arc direct forming ［D］. Hubei ： Huazhong Uinversity of Science and Technology ， 2012 ．
贾存锋 . 激光辅助水下高压MIG焊接熔滴过渡控制技术研究 ［D］. 北京 ： 北京工业大学 ， 2014 ．
Jia C F . Research on technology of laser enhanced metal transfer control in underwater hyperbaric MIG welding ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2014 ．
Chen Q H ， Ge H L ， Yang C L ， et al . Study on pores in ultrasonic-assisted TIG weld of aluminum alloy ［J］. Metals ， 2017 ， 7 （ 2 ）： 53 ．
Wang Y J ， Yu C ， Lu H ， et al . Research status and future perspectives on ultrasonic arc welding technique ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2020 ， 58 ： 936 - 954 ．
Xu C S ， Guo N ， Zhang X ， et al . In situ X-ray imaging of melt pool dynamics in underwater arc welding ［J］. Materials & Design ， 2019 ， 179 （ 5 ）： 107899 ．
Sun Q J ， Cheng W Q ， Liu Y B ， et al . Microstructure and mechanical properties of ultrasonic assisted underwater wet welding joints ［J］. Materials & Design ， 2016 ， 103 （ 5 ）： 63 - 70 ．
Wang J F ， Sun Q J ， Wu L J ， et al . Effect of ultrasonic vibration on microstructural evolution and mechanical properties of underwater wet welding ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2017 ， 246 ： 185 - 197 ．
Wang J F ， Sun Q J ， Ma J K ， et al . Investigation of acoustic radiator affecting bubble-acoustic interaction in ultrasonic wave-assisted UWW at shallow water ［J］． Journal of Manufacturing Processes ， 2019 ， 37 ： 563 - 577 ．
Chen J ， Wen Z ， Jia C B ， et al . The mechanism of underwater wet flux-cored arc welding assisted by ultrasonic frequency pulse high-current ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2022 ， 304 ： 117567 ．
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