焊接试验在一个水下不大于15m水深的条件下进行，由焊接系统焊接电源、液压驱动自动焊接平台排水罩、试验环境系统、水下摄像系统6个部分组成，能够实现水下微型排水罩式脉冲MIG全自动焊接（图3-14）。水下焊接试验舱为立式快开结构压力容器，最大作业水深为15m，设计最高工作压力0．3MPa。试验采用芬兰Kemppi焊接电源，根据实际工作需要，将电焊机与送丝机分离，焊接电源放在试验舱外部，送丝机置于舱内。液压驱动自动焊接平台包括升降油缸和焊接平台两个部分，升降油缸将焊接平台抬升到适合高度后，焊接平台可以在油缸的驱动下通过手控盒控制完成行走、摆动、跟踪和小幅度高度调节。排水罩是局部干法水下焊接的重要设备，是焊接能否成功的关键所在。为了适应全自动水下焊接，自行设计制造了局部干法自动焊接排水罩。
试验环境系统包括舱内注水、排水，舱内加压、卸压，以及排水罩和焊枪的供气，所有这些系统的控制均由PLC通过控制水路、气路的阀门以及水泵的启停来实现。水下焊接摄像系统共包括三套子系统：舱内水上场景摄像系统、焊接摄像系统、舱内水下场景摄像系统，分别用于实现对舱内水上部分、排水罩内部以及舱内水下部分进行实时监控。结合德国汉诺威大学开发的焊接质量分析仪AHXIX，可以对水下焊接过程中的熔滴过渡现象进行初步的定量分析和评定。
奥氏体不锈钢由于其优良的综合性能，在核电结构中得到了广泛应用。试验以304不锈钢钢板作为焊接母材，采用坡口堆焊的焊接方式，选用1．2mm的ER308焊丝，纯Ar气作为焊接保护气，进行了局部干法自动水下焊接试验。在焊接准备工作完成以后，根据焊接坡口宽度以及不同水深条件选择相应的焊接方式和焊接参数进行引弧焊接，同时焊接速度、摆动幅度及其左／右停留时间也可根据工况要求实时调节。坡口的形状及尺寸如图3-15所示。
图3-14 局部干法自动水下焊接试验装置
图3-15 试板的坡口形状及尺寸
（1）试验参数
每种焊接材料均对应一个喷射过渡的临界电流值，一般情况下，这个临界值较大，在200A以上。但如果选用脉冲焊接方式，当脉冲电流大于临界电流值，电弧也可以呈喷射过渡状态，实现无飞溅焊接。实际焊接时分空气中焊接、5m水深和15m水深三种情况进行，为了探讨水下环境以及水深对焊接过程的影响，三种焊接情况的焊接参数基本相同，只是因为水下焊接时排水气体同时作为焊接保护气，所以水下焊接时Ar气流量较空气中焊接时明显增大，且随着水深的增加，排水所需气体压力加大，Ar气流量也相应增加，焊接试验参数如表3-6所示。试验表格中所记录的数值均为焊机面板以及焊接平台手控盒上的设定值。在实际水下焊接中，由于排水罩和试件之间的摩擦，实际的摆动幅度要小于手控盒设定的摆幅值。因此，焊接程序中设定的摆幅值略大于试板的坡口宽度。另外，由于坡口较浅（5mm），且水下焊接比在空气中焊接的实际移动速度慢，所以空气中焊接时需要两层焊缝，而5m和15m水深均是一层焊缝焊接完成。因在空气中焊接时，两层焊接时的焊接参数完全相同，因此，表3-6只列出了一层焊接的试验参数。
表3-6 局部干法自动水下焊接试验参数
（2）焊接效果
1）实现了304不锈钢局部干法自动水下焊接，将汉诺威焊接质量分析仪用于水下自焊接试验当中，对局部干法水下焊接不同水深的熔滴过渡形态进行了初步分析。随着焊接水深的增加，焊接电压逐渐增加，电流逐渐减小，熔滴过渡形态逐渐恶化，其中在干式环境和5m水深时为喷射过渡，15m水深时为一种包含爆炸过渡和渣壁过渡两种过渡形态的混合过渡形式。
2）局部干法水下自动焊接焊缝通过了液体渗透检验和超声波检验，满足美国标准（ASME BVPC2001版）和AWS D3．6M：1999水下焊接标准的性能要求。
3）所试验的焊接方法不需要专业的水下焊工，且能够实现对焊接过程中水面以上、水下以及排水罩内部空间的实时观察，自动化程度高，焊接质量好，具有广阔的应用前景。
图3-16 干式焊接焊缝形貌
图3-17 5m水深时的焊缝形貌
图3-18 15m水深时的焊缝形貌
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