不锈钢具有良好的力学性能与化学稳定性,其构件可以满足很多工作环境的要求,随着海洋资源的开发与使用,不锈钢材料逐渐被应用到水下石油管道,水下平台中。然而水下焊接具有合金元素烧损、冷却速率过大、飞溅多、断弧频率高、电弧稳定性差等问题,导致焊接质量下降。外加纵向磁场可以在焊接过程中对电弧产生影响,使电弧形态改变并进行周期性旋转运动,改变熔池运动方式与电弧散热范围。从而进一步搅动熔池使熔池内部液体金属流动,打碎细小的树枝晶,使焊缝铺展并细化晶粒,提高焊缝成形与焊接质量。本课题选用309L不锈钢自保护药芯焊丝,利用外加纵向磁场辅助的方式进行304不锈钢的对接与堆焊的焊接试验。首先,对磁控装置不同参数下磁场强度及磁场分布测量,分析纵向磁场在焊接过程中对电弧、熔池等作用方式,并对水下焊接气泡进行探究。电磁力的作用下,熔池流动性大大提高,焊缝铺展。通过拉伸与冲击韧性等性能试验,证明了外加纵向磁场提高焊缝力学性能的作用。磁场作用下,焊缝熔合线附近树枝晶被打碎并转变为细小等轴晶。通过分析拉伸断口,磁场作用下,焊缝由脆性断裂转变为韧性断裂。接着对磁控水下焊接过程中电信号与电弧气泡形态进行采集与处理分析。探究磁场对焊接过程稳定性的影响,不同焊接电压下磁场作用效果不同,当焊接电压较低时短路过渡为主要熔滴过渡方式,低频率磁场能够拉断熔滴减少热量累积,从而降低断弧比例。对于中焊接电压,熔滴过渡主要为混合过渡,高频磁场有助于提高稳定燃弧比。焊接电压较高时熔滴过渡模式为自由过渡,磁场会导致短路过渡与断弧的产生,使电流电压变异系数增加,降低电弧稳定性。再对磁场作用下电弧与气泡的行为进行探究,焊接电弧在纵向磁场作用下发生一定程度的旋转,增大电弧在焊接过程中的有效作用面积,随磁场强度增加,电弧旋转周期降低、半径增大,熔池也随电弧呈“旋涡状”围绕焊丝旋转。最后对磁场对气泡、熔池、电弧的作用机理进行分析。