电源特性对高压环境焊接电弧行为的影响规律与控制策略

干式高压焊接是实现水下金属结构物可靠连接与修复的有效方法，但目前尚未彻底解决高压环境下焊接电弧的稳定和熔滴过渡问题，导致接头质量难以满足海底管道要求。拟以高压空气环境下的焊接电弧为对象，研制适用于海底管道高气压干式维修的全数字控制弧焊电源，研究焊接电源外特性、动特性和焊接电流波形对电弧形态、温度场和熔滴过渡的影响规律，旨在通过调整焊接电源静特性、动特性和电流波形优化控制来消除或者补偿压力环境、电缆长度对焊接电弧的影响，改变高压空气环境下的电弧形态，进而改变其熔滴过渡方式，从而提高电弧稳定性和改善焊接质量。研究高压环境下电源特性及其优化控制策略提高电弧稳定性和焊接质量的规律和机理，改进全数字控制焊机的波形控制策略，探索典型压力环境下优化的焊接工艺参数。项目研究成果将应用于国内海洋石油工业、核工业甚至其它工业领域的水下焊接修复，具有重要的科学意义和工程应用前景。

我国现役海洋石油平台、海底金属结构物的损伤事故日渐增多，但缺乏可靠实用的水下金属结构修复技术。干式高压焊接是实现水下金属结构物可靠连接与修复的有效方法，但目前尚未彻底解决高压环境下焊接电弧的稳定和熔滴过渡问题，导致接头质量难以满足海底金属结构物的质量要求。本项目研制了适用于海底金属结构物高气压干式维修的全数字控制TIG焊机和MIG焊机，可避免电缆长度对电弧控制的影响。通过理论分析和工艺试验，分析了压力环境对焊接过程、焊接电弧受力情况、电弧形态和熔滴过渡的影响规律。在理论分析的基础上，通过工艺试验发现气体混合比、脉冲频率、峰值电流和基值电流对高气压环境下焊接电弧和焊接过程的优化作用较大，脉冲电流上升率和下降率对高气压环境的电弧影响较小。通过正交试验，优化了0.1～0.6MPa不同压力环境相匹配的脉冲MIG波形控制参数和混合气体配比，可补偿压力环境对焊接电弧的影响，改善高压空气环境下的电弧形态和熔滴过渡方式。实验结果表明，不同压力环境下优化后的焊接参数均能获得与常压环境相当的电弧稳定性和焊接接头质量。项目研究成果可应用于国内海洋石油工业、核工业甚至其它工业领域的水下焊接修复，具有重要的科学意义和工程应用前景。