水下焊接技术是海洋工程的必要技术之一,按照不同的施工条件主要包括湿法、局部干法和干法三种。水下湿法焊接成本低、焊接效率高和适应工况能力强,具备在自动化、机器人水下焊接进行推广应用的重要潜力。然而,水下湿法焊接过程中熔滴不仅偏离焊丝轴线,而且具有大尺寸和低过渡频率的特点,易造成飞溅、高扩散氢和焊接裂纹等缺陷。仅仅从工艺角度来对熔滴过渡过程定性分析尚不能完全揭示机理,因此有必要从定量分析的角度开展研究。本研究分析了水下湿法药芯焊丝电弧焊接（Flux-cored Arc Welding）的熔滴过渡物理过程,充分考虑了水下气泡内部的复杂氛围及其对电弧和熔滴过渡的影响机制,建立了熔滴受力模型,认为熔滴不仅受到重力、自感应电磁力和表面张力,而且还受药芯分解产生的气流、气泡内的气流以及金属蒸发的影响。基于流体动力学的相关理论,通过求解电磁场建立了耦合电弧与熔滴的非轴对称三维数值模型,并以VOF（VolumeofFluid Method）方法精确区分气相和液相的界面,在 FLUENT 软件平台上采用 PISO（The Pressure-Implicit with Splitting of Operators）算法模拟了直流条件下的典型大滴排斥过渡过程。结果表明,熔滴绕焊丝轴线旋转主要受到药芯分解产生的气流的作用,但熔滴偏离焊丝轴线的角度则由所有合外力共同决定。熔滴的偏移和旋转会约束电弧的运动轨迹并改变电弧电流密度的分布,同时电弧电流密度的大小受到熔滴体积的影响,而电弧的温度、电弧的速度和电弧电磁力也与电弧电流密度增减趋向一致。熔滴的偏移角度大小不仅会影响工件表面的电弧压力和热通量,而且也会改变熔滴的内部流场、电流密度以及电磁力分布。针对直流水下湿法FCAW中熔滴过渡存在的问题,本研究进一步设计了特殊的脉冲电流控制波形,并在该条件下进行了电弧和熔滴的数值模拟。脉冲电流条件下的电弧轨迹和电弧电流密度分布均受熔滴行为的约束,但电弧电流密度的大小不仅与电流波形相关,同时还受到熔滴体积变化的影响;电弧温度、电弧速度和电弧电磁力等仍与电弧电流密度的变化趋势一致;工件表面的电弧压力较直流条件有所减小,而热通量则受到熔滴偏移量和电流波形的共同调控;熔滴偏离焊丝轴线的角度较直流条件有所减小,因此其内部的流场、电流密度和电磁力分布也与直流条件存在差异。与直流的计算结果相比,脉冲电流波形控制下的熔滴不仅最终过渡的尺寸明显减小,而且过渡到熔池的频率也显著提高。分别开展了直流及脉冲电流条件下的水下湿法FCAW实验,实验值与计算结果吻合良好。