【目的】水下局部干法焊接是实现水下高质高效焊接的有效手段,但局部干燥区的水分很难保证完全排净,针对残留水分会导致焊缝成形变差这一问题,对残留水分的影响机理和排水不净情况下的焊接温度场进行研究。【方法】以6 mm厚304L不锈钢为试验材料,开展局部干燥区不同水分残留情况(有/无水膜)下的非熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas welding,TIG)焊搭接试验,焊后观察焊缝宏观形貌并制作金相试样,通过显微镜观察焊缝截面成形及其微观组织;建立有限元模型、温度场模型和不同环境湿度下的对流换热模型,对焊接过程进行温度场模拟,验证温度场准确性,并对温度场计算结果进行分析。【结果】结果表明,在合适的焊接参数下,局部干燥区有/无水膜均能获得表面质量良好、内部缺陷较少的焊缝。不同的是,有水膜的焊缝截面尺寸略小于无水膜的;模拟温度场的峰值温度位于合理的电弧焊峰值温度区间(1700~2300℃),焊缝截面的最大模拟误差为7.5%,表明模拟温度场具有较高的可靠性;观测点温度变化曲线表明,无水膜时焊缝中心温度峰值比有水膜时高121.68℃,冷却速度比有水膜时慢13.63℃/s,这是因为干燥区的残留水分在焊接热输入的作用下沸腾、蒸发,使焊接过程中能量损耗加大、能量利用率降低,同时蒸发产生的水汽增大了空气湿度,从而增强了焊接过程的对流换热,进一步增大了焊接能量损失,最终导致焊缝截面的熔宽、熔深减小。【结论】局部干燥区排水不净时,较少的残留水分仍对焊接过程和焊接结果有很大影响,文中仅就其对焊缝成形的影响机理做了相关工作,以期对排水不净的深入研究提供数据参考和理论支持。
