جوشکاری زیر آب (Underwater Welding) از شروع دهه هفتاد میلادی به دلیل استخراج نفت و گاز از عمق دریا به عنوان مساله ای مهم در صنعت دریایی مطرح شد. بر حسب نوع پروژه و کیفیت مورد نظر برای جوش، در مورد روش مناسب جوشکاری، نوع فولاد یا آلیاژ مورد استفاده عمق مناسب برای جوشکاری و کیفیت جوش تصمیم گیری می شود. نیاز به دست یابی به جوش های با کیفیت بالا در زیر آب، باعث انجام تحقیقات و آزمایش های گسترده ای در این زمینه شد و تا کنون نیز پیشرفت های قابل توجهی در زمینه های تکنیکی و متالورژیکی جوشکاری زیر آب حاصل شده است. تعمیر و نگهداری نیز همواره به عنوان یکی از مشکلات سازه های دریایی مطرح بوده است. بسیاری از سازه های تخریب شده می توانند با تکنیک های جوشکاری زیر آب تعمیر شوند.

فرآیند های قوسی در آب دریا نسبت به آب شیرین، قوس نرمتر و پایدارتری دارند که به علت وجود یون های پایدار کننده قوس در آب دریا می باشد. این یون ها از تجزیه نمک ها در قوس حاصل می شود. عمق آب یا فشار نیز اثر قابل توجهی دارد. افزایش فشار باعث می شود که قوس متمرکز شده و دمای هسته قوس افزایش یابد. در نتیجه میزان نفوذ و هم چنین سرعت انتقال حرارت به اطراف بالا می رود. با توجه به این شرایط شدت جریان در مقایسه با جوشکاری در هوا حدود 20 الی 25 درصد بیشتر در نظر گرفته می شود. هم چنین به خاطر افت قابل توجه ولتاژ به خاطر طولانی بودن کابل ها، توان بیشتری در دستگاه ها و تجهیزات در نظر گرفته می شود.

به خاطر تمرکز حرارتی در قوس مقداری از آب های اطراف قوس تجزیه شده و حباب های پایدار در اطراف قوس ایجاد می کنند. این حباب ها اثرات متفاوتی بر جوش دارند، از جمله می توانند به عنوان گاز محافظ برای قوس عمل کنند. از طرفی، گاز موجود در حباب ها منبع اصلی تخلخل در جوش نیز می باشد. به خاطر دمای بالای قوس، مقداری از هیدروژن موجود به صورت اتمی در می آید. این هیدروژن پس از جذب ممکن است باعث ایجاد ترک سرد هیدروژنی در جوش یا منطقه کنار جوش شود.

به منظور بررسی دقیق تر تاثیر آب بر فرآیندهای جوشکاری بد نیست مقایسه بین جوشکاری زیر آب با جوشکاری در هوا انجام شود:

1- سرعت جوشکاری در این دو حالت فرق چندانی با هم ندارد.

2-در هر دو محیط، شدت جریان را می توان مهمترین متغیر موثر بر نفوذ در نظر گرفت. محیط جوشکاری و اندازه الکترود اثر کمرنگ تری دارند.

 3- نفوذ ناقص و بریدگی کنار جوش جزء رایج ترین عیوب حاصل هستند.

4- ابعاد جوش در دو حالت فرق چندانی با هم ندارد. شکل کلی جوش نیز از این اصل پیروی می کند. بنابراین اثرات بحرانی آب در این مورد کمرنگ جلوه می کند.

5- در ولتاژ ثابت، جوشکاری زیر آب نیاز به شدت جریان بیشتری دارد.

6- در جوشکاری زیر آب درصد مواد موجود در مخلوط گازی اطراف قوس (حباب هایی تشکیل شده) در حال تغییر است. دلیل آن گرمای حاصل از قوس و تبخیر آب و نیز خارج شدن حباب های بخار و گاز از آب است که فرکانس خروجی آن ها حدودا 15 حباب در ثانیه است.

7- در جوشکاری زیر آب فشار در مخلوط گازی با فشار اطراف خود برابر است، یعنی با افزایش عمق این فشار هم زیاد می شود.

8- با توجه به این که هدایت حرارتی در آب 25 برابر و ظرفیت گرمایی ویژه آب نیز 3500 برابر هوا است، جوش و منطقه تحت تاثیرش در محیط آب به سرعت سرد می شوند.

نکته مهم حرکت دائمی حباب های گاز و بخار آب به سمت بالا و تاثیر این پدیده بر تعادل قوس است. الکترود های بدون پوشش و سیم جوش های معمولی به هیچ وجه در زیر آب کارآیی ندارند. برای بالا نگهداشتن کیفیت جوش باید مواردی چون جرقه زدن، برقراری قوس الکتریکی، تعادل در قوس و آرام بودن پیشرفت مذاب در جوش را تضمین کرد. در مورد گاز هیدروژن نیز باید گفت که درصد آن در مخلوط حباب های گاز – بخار آب که از سوختن الکترود به وجود می آید، 70 درصد است از نظر قطب ها هم، در قطب مثبت یون های منفی کلر و در قطب منفی یون های مثبت نظیر H+ و Na+ مشاهده می گردند. به دلیل بالاتر بودن سرعت سرد شدن جوش در آب نسبت به هوا، جنس فلز جوش باید حساسیت کمتری نسبت به حفره انقباضی و سخت شدن در اثر سریع سرد شدن داشته باشد. در فولادهای فریتی استحکام کششی خط جوش به دلیل سختی زیاد بالاتر از استحکام کششی قطعه اصلی است، ولی به دلیل نفوذ هیدروژن، چکش خواری خیلی پایینتر است. طبق روابط تجربی استحکام کششی خط جوش زیر آب باید حدود 80 درصد مقاومت در هوا و تغییر طول نسبی آن نیز 50 درصد فلز جوش در هوا باشد.

جوشکاری زیر آب از نظر محیط اطراف جوش به دو دسته جوشکاری در حالت تر و جوشکاری در حالت خشک تقسیم می گردد. عمده تحقیقات در مورد این دو روش از سال 1960 میلادی صورت گرفته است. مهمترین فرآیندهای جوشکاری که در حالت مرطوب مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

1- جوشکاری قوسی با الکترود دستی 2- جوشکاری قوسی با گاز محافظ 3- جوشکاری اصطکاکی 4- جوشکاری قوس پلاسما 5- جوشکاری زائده ای 6- جوشکاری انفجاری 7- جوشکاری قوس با الکترود توپودری (FCAW) 8- جوشکاری ترمیت فرآیند های جوشکاری خشک نیز به دو گروه عمده تقسیم می گردند: 1- جوشکاری تحت فشاری معادل فشار هیدرواستاتیک آب 2- جوشکاری تحت فشار اتمسفری

در نوعی از جوشکاری زیر آب که به جوشکاری با منطقه جزئی خشک شده معروف است حالتی بین خشک و تر وجود دارد. در این روش قسمتی از سیستم شامل قوس و قسمت هایی از قطعه کار است به وسیله محفظه کوچکی از گاز پر شده و از آب جدا می شوند؛ ولی جوشکار در آب می ماند و راه هایی برای دسترسی به قسمت مورد نیاز در محفظه تعبیه می شود. در این روش حتی قسمت پشت قطعه کار ممکن است درتماس با آب باشد.