潛水作業(yè)及水下爆破技術(shù)研究之水下切割技術(shù)

1、潛水作業(yè)及水下爆破技術(shù)研究之水下切割技術(shù) 水下切割技術(shù)主要以水下電弧-氧切割施工為主介紹1.施工技術(shù)特點及適用條件(范圍)不同的水下切割法有不同的技術(shù)要求、切割速度、應(yīng)用水深等，每一種水下切割法都有其優(yōu)點和局限性，各種水下切割方式的特點如下表所示：切割方法最大深度(m)優(yōu)點限度氧-乙炔13火焰溫度較氧-氫為高超過2×105Pa，乙炔燃燒就不穩(wěn)定氧-氫100具有最佳蒸氧壓的可燃氣體，火焰容易維持，設(shè)備輕便切割速度較低氧-丙烷、 丙二烯1對噴嘴到工件之間距離的敏感性很小火焰溫度較氧-氫為低，裝卸困難氧-汽油100在壓力下液體燃料易于保存在點燃前需要加熱器使燃料汽化電弧-氧/鋼管

2、割條180設(shè)備簡易輕便，操作技術(shù)要求不高需要經(jīng)常更換割條，切口表面粗糙電弧-氧/陶瓷管割條120設(shè)備簡單，操作技術(shù)要求不高，割條輕割條較脆，較鋼管割條的割速為慢手工金屬電弧60與濕法手工電弧焊的設(shè)備相同技術(shù)要求很高，切割速度慢目前應(yīng)用最廣的水下切割法是鋼管割條水下電弧-氧切割。該切割法操作方便、靈活，設(shè)備簡單、成本低，用來切割厚度不超過40mm的鋼板，操作技術(shù)容易掌握，是實際應(yīng)用最廣泛、應(yīng)用水深最大的一種水下切割方法。但需要頻繁地更換割條，影響切割效率，切口也較粗糙。2.總體施工工藝及工藝流程圖-水下電弧-氧切割的操作方法1) 切割前的準備 切割前潛水員應(yīng)首先對切割作業(yè)現(xiàn)場進行調(diào)查，仔細了解切

3、割工件的結(jié)構(gòu)特點、表面狀態(tài)及周圍環(huán)境情況。根據(jù)調(diào)查情況，制定出切割實施方案。 按切割方案對擬定的切割線進行清理，去除表面上的泥沙、海生物、鐵銹及不利于切割操作的障礙物等。 接好電、氣線路，并進行檢查使之處于完好狀態(tài)；備足消耗材料，如氧氣、割條等。2) 下潛進行切割割炬可由潛水員自己帶到切割地點，也可由水面工作人員通過信號繩傳遞給潛水員。割條可放置在妥善的容器內(nèi)由潛水員帶到水下，放到拿取方便的地方，也可裝入特制的小口袋中，系在身上。潛水員首先要使自己處于穩(wěn)定、方便、安全的位置上，然后一手握住割炬，一手持割條并將它夾入割炬的夾頭內(nèi)，擰緊螺釘將割條固定，握住割炬手柄，使割條接近切割點，準備引弧進行切

4、割。引弧前，如無自動供氧裝置，首先要開啟割炬上的氧氣閥門，給出一個較小的氣流，以防止灰塵堵塞割條內(nèi)孔。最好通知水面上工作人員供電，引弧進行切割。引弧的方法可與水下手工電弧焊引弧一樣，可用劃擦法，也可用觸動法。引弧后，當(dāng)金屬還未被割穿時，潛水員應(yīng)穩(wěn)定住割炬，直到割穿后再開始沿切割線進行正常切割。當(dāng)割條消耗到離鉗口30mm左右時停止切割，通知水面上工作人員停電，以便更換割條，然后再繼續(xù)切割，直到把工件割開。3.分部施工工藝-水下電弧-氧切割的操作方法1) 起割點的操作一般情況下，水下切割過程多從被切割工件的邊緣開始，向中間切割，直至切斷；但有時受結(jié)構(gòu)特點或環(huán)境所限，需從中間開始切割。從工件邊緣開始

5、切割時，首先將割條端部觸及工件邊緣，并垂直于切割面，使割條內(nèi)孔騎到工件邊緣棱線上，然后送電起弧。最好采用接觸法引弧，開始時最好不要移動割條，待工件邊緣形成凹形口后再慢慢向中間移動，開始正常切割；也可在邊緣附近（離邊緣線的距離不超過10mm）引弧，引弧后迅速向邊緣移動，使邊緣口形成凹口，然后再向中間逐步切割。從中間開始切割時，要比從邊緣開始切割容易一些。首先將割條端部觸及工件，使之與工件的切割面成80°85°角，然后采用接觸法或劃擦法引弧。引弧后保持原地不動，直至割穿后再開始正常切割。2) 正常切割的基本操作正常切割是指起始切口形成后的切割過程，基本操作方法有以下3種：支撐切

6、割法、維弧切割法、加深切割法。支撐切割法是指在引弧形成起始切口后，割條傾斜并與切割面保持80°85°角，利用割條藥皮套筒支撐在工件表面上，割條移動過程中，始終不離開工件的電弧-氧切割方法。該方法既可自左向右，也可自右向左，還可靠在規(guī)尺上切割，操作方便，效率較高，適用于中、薄板的水下切割。維弧切割法是指起始切口形成后將割條提起，離開工件表面約23mm，并與工件保持垂直，然后沿切割線均勻地向前移動，始終維持電弧不熄滅。該方法適用于厚度在5mm以下薄鋼板的水下切割。由于潛水員在水下保持身體的穩(wěn)定性較困難，故電弧不易保持穩(wěn)定。另外，切割質(zhì)量也略低于支撐切割法，因此實際應(yīng)用中不大采用

7、維弧切割法。加深切割法是指在起始切口形成后的切割過程中，割條不斷伸入割縫中，使割縫不斷加深，直到割穿工件，如此往復(fù)進行，最終將工件割開。該方法適用于采用支撐切割法一次不易割透的厚板或?qū)影濉２僮鲿r割條上下移動要協(xié)調(diào)均勻，以保持電弧穩(wěn)定燃燒。3) 各種位置的水下電弧-氧切割技術(shù)根據(jù)被切割工件或結(jié)構(gòu)在水下的位置，可將水下電弧-氧切割分為平割、立割、橫割及仰割操作技術(shù)。橫割操作是平割及立割操作在橫向被割工件或結(jié)構(gòu)上的運用，而仰割操作不宜應(yīng)用于這種位置。 平割操作技術(shù) 潛水員下潛至切割作業(yè)點后，處于俯視割線的位置，一手持割炬，一手扶按在割線方向的位置。這樣有助于切割位置的穩(wěn)定，使割縫保持平直。如在渾水中

8、或能見度很差的水域中切割時，這樣就可借助于割線上的導(dǎo)向定點（也可用導(dǎo)向繩導(dǎo)向）來指示切割方向。切割開始前，應(yīng)整理好水面供氣管、信號繩、切割電纜等設(shè)備，使之處于手持割炬的一側(cè)，以免被電弧及飛濺出的熔渣燒壞。切割開始后，隨著電弧的引燃及割縫的延伸，潛水員應(yīng)保持住平衡的姿勢，同時沿著割縫的方向移動身體的上部，當(dāng)達到最大限度后，再移動整個身體的位置，繼續(xù)進行切割。切割過程中最好能保持切割的連續(xù)性，如果必須中斷切割，則在切割下一段時，應(yīng)從上段割縫的終點處開始切割。為使割縫整齊，可借助導(dǎo)尺（即靠模）進行切割。 立割操作技術(shù) 潛水員下潛至切割作業(yè)點后，處于同割線平行的位置。切割開始前，應(yīng)先整理好水面供氣管、

9、信號繩、氧氣管及切割電纜等設(shè)備，可將過條的氧氣管及切割電纜搭在被割工件上，但應(yīng)注意不要使它們處于熔渣流動的線路上，以免被燒壞。 橫割操作技術(shù) 橫割時，如果工件上端處于自由狀態(tài)，為防止工件被割斷后塌落砸傷潛水員，切割前應(yīng)先在工件上端割出孔洞以便拴上鋼纜，用工作船上的吊車吊住鋼纜，然后再進行切割。如果要切割下來的工件較大，不要將工件完全割斷，應(yīng)在邊緣處留下一點未割金屬，以確保吊車未起吊之前該工件不會自由移動。待潛水員整理好切割裝備并撤離水面或躲到其他安全的地方以后，再啟動吊車將留下的那一小部分金屬拉斷。4) 懸空位置的水下切割技術(shù)水下切割作業(yè)中，許多工件處于懸空位置，如果直接切割，會給在懸空狀態(tài)下

10、工作的潛水員造成很大的危險性，切割效率也低。因此，首先應(yīng)使?jié)撍畣T穩(wěn)定住身體，能安裝工作臺的盡可能安裝，不能安裝工作臺的可制作一只吊籃，讓潛水員站在吊籃中進行切割。另外，也可利用纜繩穩(wěn)定住身體。對于懸空位置的切割，應(yīng)十分注意切割順序。對于一般工件或結(jié)構(gòu)進行橫割或立割時，應(yīng)自上而下逐塊切割。但對于水平管的切割要嚴加注意，都要在鋼管的上半周處留一段距離，最后再切割或用吊車拉斷。4.主要機械設(shè)備及關(guān)鍵工藝參數(shù)(操作要點)1、主要機械設(shè)備：水下電弧-氧切割的設(shè)備與器材主要包括：電源設(shè)備（硅整流直流弧焊機，型號AB-500），電纜，氧氣及其設(shè)備，切割把手，切割條，防護設(shè)備等。2、水下電弧-氧切割的工藝參數(shù)

11、：影響水下電弧-氧切割質(zhì)量和效率的工藝參數(shù)主要有切割電流、氧氣壓力及切割角。采用不同的割條和切割不同的材質(zhì)，對其切割效率和質(zhì)量的影響也不同。下面主要介紹用無縫鋼管割條切割碳素結(jié)構(gòu)鋼時各工藝參數(shù)間的關(guān)系。1) 切割電流切割電流取決于工件厚度及割條的直徑。被切割工件越厚，割條直徑越大，切割電流就越大。電流過小，電流不穩(wěn)定，穿透力小，使切割能力降低；但電流過大，會使割條過熱，藥皮爆裂，熔池寬度增大，造成熔融金屬粘在切口中，進而使得工件不能被割穿。通常，切割電流I可按下式?jīng)Q定，即IKd 式中 d割條鋼芯外徑，mm； K跟工件厚度有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，具體見表1。表1 經(jīng)驗系數(shù)K值板厚/mm< 1010

12、20> 20K值3035404550表2列出了在10m水深，用直徑為8mm鋼管割條切割不同厚度鋼板時的切割電流，氧氣壓力及切割速度。經(jīng)水下切割施工驗證，在相同板厚、相同直徑的割條、相同切割材料的條件下，切割電流越大，切割速度就越大。表3列出了在切割電流不同的情況下，用長100mm割條切割出的切縫長度及燃弧時間。表2 直徑8mm鋼管割條的切割工藝參數(shù)經(jīng)驗值鋼板厚度/切割電流/A氧氣壓力/MPa切割速度/m.h30.4564010503203400.40.5403020503403700.50.6301050803704000.60.7107表3 切割電流與切割速度

13、的關(guān)系切割電流/A第100mm割條得到的切縫長度/mm氧氣消耗量/L.min-1燃弧時間/s純?nèi)蓟r間總?cè)蓟r間150無切割效果1758311646522007110733382509493343730096802729325115512933350135412323從表3可以看出，隨著電流的增加，斷弧時間越來越少，當(dāng)電流增加到350A時，幾乎不斷弧，這大大增加了切割長度，提高了切割速度，同時也降低了耗氧量。所以，提高水下切割電流，是提高切割效率的有效措施。但是，切割電流不能無限制地提高。一方面是受切割電源容量的限制：一般水下電弧-氧切割使用的電源額定輸出電流為500A，如超負荷使用，會損壞電

14、源。另一方面是受割條直徑限制：一定直徑割條的最大允許使用電流是一定的。電流過大會使藥皮脫落，反而影響切割效果。當(dāng)然，對于切割不同厚度的鋼板，即使是相同的電流和相同直徑的割條，其切割速度是不一樣的，表4。表4 切割不同板厚時的切割速度鋼板厚度/切割電流/A氧氣壓力/MPa切割速度/m.h-153200.456.583200.543.2163300.534.2203300.630.6253400.621.6403000.613.3503600.69.7803600.67.92) 氧氣壓力水下電弧-氧切割中，氧氣壓力是否合適對切割質(zhì)量及效率影響很大。一般來說，氧氣壓力的大小根據(jù)被切割金屬的材質(zhì)、厚度

15、及所處水深來選擇。切割不易氧化的金屬時，氧氣壓力（氧氣流量）要大些；隨著板厚及水深的增加，氧氣壓力也要隨之增加。適當(dāng)增加氧氣的消耗量，可以提高切割速度，而且切口質(zhì)量良好，背面掛渣少，不易出現(xiàn)粘邊現(xiàn)象。但氧氣壓力也不能無限制地增加，因為一方面受導(dǎo)氣管承壓能力的限制，另一方面，若吹向割縫的氧氣流量過大，會使割縫過冷、電弧不穩(wěn)定，反而導(dǎo)致切割速度下降。切割時氧氣壓力主要根據(jù)被切割工件的厚度大小來選用，同時適當(dāng)考慮到氧氣膠管造成的阻力損失。經(jīng)驗表明，在10m水深切割時可選用表5推薦的氧氣壓力大小。表5 氧氣壓力的選擇鋼板厚度/mm< 1010202030> 30氧氣壓力/MPa0.60.7

16、0.70.80.80.9> 0.9注：該表僅限于30m長氧氣膠管，若氧氣膠管增加，則每增加10m，應(yīng)給予0.010.02MPa的壓力補償。如果切割時水深超過10m，表5中的氧氣壓力數(shù)值應(yīng)加上水深壓力。一般來說，水深每增加10m，應(yīng)增加0.1MPa的氧氣壓力。切割時氧氣壓力也可用以下經(jīng)驗公式求得PpKd （2）式中 P切割氧氣壓力（表壓），MPa； p切割水深壓力，MPa； d割條內(nèi)徑，mm； K考慮了氧氣膠管阻力損失及板厚的經(jīng)驗系數(shù)，其值的選取見表6。表6 經(jīng)驗系數(shù)K值的選取鋼板厚度/mm< 10101515202025> 25K22.533.543) 切割角切割角是指割條與

17、工件表面上垂線之間的夾角。割條后傾時，切割氧氣流相對切口前緣形成一個攻角，這有助于加快切割速度；但對于較厚的工件，割條后傾使得氧氣流垂直分量的排渣能力不足，反而會影響切割速度?？傊x擇合適的切割角應(yīng)根據(jù)被切割工件的厚度而定。上述工藝參數(shù)是切割低碳鋼時試驗得到的結(jié)果。切割不銹鋼等有色金屬時，氧氣流主要起吹除熔化金屬的作用，所以有時候也可用壓縮空氣來代替氧氣，但此時的氣體的流量應(yīng)當(dāng)比切割碳素鋼時大一些。5.勞動力組織潛水的人員是按工作量和工程進度實行計劃而調(diào)配的。不論人員多少，它的基本作業(yè)單位是潛水組。每個潛水組應(yīng)有三名潛水員（不包括學(xué)員），其中最少有一名能單獨組織一個組實施潛水作業(yè)并能完成比較復(fù)

18、雜些的潛水任務(wù)。在用氣泵供氣潛水時，人數(shù)不夠需另配備輔助人員。每個作業(yè)組的人數(shù)決定于水的深度，一般的定額是：6米以內(nèi)6人；6-8米7人，18-25米8人。潛水作業(yè)人員分配：下水一名；收發(fā)電話一名；操縱信號繩一名；操縱空氣管一名；操縱氣泵2-4名。6.質(zhì)量控制及標準水下切割質(zhì)量控制及標準，是水下切割技術(shù)的重要組成部分。目前進行水下切割的質(zhì)量檢驗, 主要用外觀目視檢查、水下錄像和水下攝影對割縫進行檢查，看是否有漏割或未完全割透的地方，如有上述現(xiàn)象，需進行補割。判斷是否有漏割及未完全割透的現(xiàn)象，可采用如下幾種方法。 在可見度較好的水中，可通過觀察切割時噴射的火焰及熔渣的方向來判斷。當(dāng)割縫沒有被割透時

19、，暗紅色的火焰向割條方向反射，噴出的氧氣也因受阻而從正面上浮，使得周圍的水劇烈攪動；如果割縫已被割透，熔渣會隨氧流向背面沖出、火焰的紅色減退而微帶藍綠色，而且氣流通暢、氣泡少、水的波動聲也小。同時也可以利用水下錄像和水下攝像進行觀測檢查。 在可見度較低的渾水中切割時，潛水員不易觀察到火焰及熔渣的噴射情況，但可憑借經(jīng)驗來判斷。若割縫未被割透，氣流會受阻，對割炬的反沖力增大，割炬跳動的現(xiàn)象加??；若割縫已被連續(xù)割透，則這種割炬跳動的現(xiàn)象較弱，感覺割炬很平穩(wěn)。 對已切割完的割縫，可用細鐵絲或薄鐵片等插入割縫中沿割縫檢查，如通行無阻，則表明割縫已全部割透。7.安全防護措施1.水下切割的安全注意事項目前在

20、生產(chǎn)中常用的水下切割方法大多是帶電作業(yè)，觸電、電擊及腐蝕潛水裝具是主要事故之一。1)水下安全電流及安全電壓人體對通過的電流是有一定抵抗能力的，但當(dāng)電流達到某一限度時，將使人感到痛苦，危及生命安全。所謂通過人體的安全電流，就是指通過人體而不致使人發(fā)生危險的電流極限值。安全電流因人而異，電流的種類不同，安全電流也不同。(安全管理交流-)直流電比交流電安全：當(dāng)人體通過6090mA直流電時將帶來嚴重后果;而當(dāng)通1523mA交流電時就將引起嚴重后果。所以，在進行水下切割中不宜采用交流電源，在控制電路或照明電路中也不宜采用交流電。通過人體電流的大小，取決于人體接觸帶電體的電壓及人體的接觸電阻。安全電壓是指

21、確保通過人體的電流不超過安全電流的電壓極限值。當(dāng)人體處于水中，尤其是處于海水中時，人體的接觸電阻明顯下降，所能承受的安全電壓也就降低。另外，人體的電阻也受所接觸的電壓本身的影響。隨著接觸電壓的增大，人體電阻逐漸降低。人體的安全電流及安全電壓因人而異，而同一個人在不同條件下的安全電流及安全電壓也是不同的，所以確定一個確切的數(shù)值不容易。我國國家標準水下焊接與切割中的安全中規(guī)定：凡與潛水員直接接觸的控制電器必須使用隔離變壓器，并備有過載保護設(shè)施。安全電壓值為：工頻交流電不得超過12V，直流電不得超過36V。上述安全電壓值是指人體直接接觸的電壓值，而實際水下切割中使用的切割電源電壓多在80V左右(直流

22、電)，這雖然遠遠高于安全電壓值，但與人體只要不直接接觸，仍是安全的。2)防止水下觸電的措施為防止?jié)撍畣T在進行水下切割作業(yè)過程中觸電，應(yīng)注意以下幾點。施工前應(yīng)對潛水員進行安全用電教育，以便了解并掌握安全用電知識，提高思想認識。對水下切割用的電器、設(shè)備進行絕緣性、水密性檢查，及時更換或維修不符合要求者。進行水下切割的潛水員要戴防水絕緣手套，使手保持干燥狀態(tài)，并且不與帶電體直接接觸。在水下切割過程中，如要更換割條或割絲時，應(yīng)先通知水面上的工作人員切斷電源。水下切割時要接牢地線，并且使地線與割炬處于潛水員的同側(cè)，否則不僅容易引起觸電，而且易使?jié)撍畣T裝備上的金屬部件腐蝕，進而減少其使用壽命。在帶電結(jié)構(gòu)(

23、設(shè)有外加電流保護的結(jié)構(gòu))上進行水下切割時，應(yīng)首先切斷該結(jié)構(gòu)上的電流，然后再進行切割。2.水下切割的防護1)勞動保護防止弧光灼傷眼睛雖然水具有較強的吸收光的能力，但在清水中弧光仍是很強的，防護不當(dāng)也會引起電光性眼炎。因此必須根據(jù)不同的作業(yè)方法，采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。如果著重潛裝具進行水下電弧-氧切割時，潛水員需戴護目鏡，其顏色深淺可根據(jù)每個人的視力情況選擇;著輕潛裝具作業(yè)時，則戴軟性觸摸接觸鏡。防止高溫金屬或電弧灼傷在清水中作業(yè)時，皮膚不要直接曝露在弧光下，以防被弧光灼傷。另外在進行水下電弧-氧切割時，會向水中噴射出高溫熔渣或熔化金屬，這些高溫物質(zhì)不僅會灼傷皮膚，也可能燒毀潛水服、導(dǎo)氣管等潛水裝具

24、，進而造成呼吸氣體中斷等事故。因此在水下作業(yè)時，要防止導(dǎo)氣管等裝具處于高溫物質(zhì)噴落的區(qū)域，同時潛水員本人也不要在該區(qū)中作業(yè)。此外，作業(yè)中嚴禁用手觸摸處于高溫狀態(tài)的割縫、割條或割絲。注意潛水呼吸氣體的衛(wèi)生水下切割時所產(chǎn)生的煙塵對人體是有害的，因此應(yīng)將潛水空氣泵放到作業(yè)區(qū)的上風(fēng)頭、空氣新鮮的地方。2)安全操作技術(shù)為確保作業(yè)中的安全，應(yīng)注意下列事項。施工前要做好工作人員的組織工作，包括人員分工、定崗位、定責(zé)任等。對各崗位上的人員進行技術(shù)考核，未達到相應(yīng)技術(shù)考核標準者不得定崗工作。尤其是潛水切割員，必須按照有關(guān)規(guī)定進行考試，而且只允許人事與考試合格項目相應(yīng)的工作。進行水下切割前，必須對作業(yè)現(xiàn)場進行詳細

25、調(diào)查，使作業(yè)人員熟悉切割工件或結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、水深及其結(jié)構(gòu)特點等。做出切實可行的作業(yè)方案，并使每個工作人員領(lǐng)會方案精神，做到心中有數(shù)。充分做好作業(yè)準備，備齊器材，清除作業(yè)區(qū)域內(nèi)可能危及作業(yè)安全的障礙物及各種易燃易爆物質(zhì)，另外還要備好應(yīng)急搶救人員及潛水器材等。作業(yè)時用的船艙應(yīng)安全可靠，與作業(yè)無關(guān)的船艙禁止進入作業(yè)區(qū)。作業(yè)區(qū)域內(nèi)的水面上不允許進行其他作業(yè)，作業(yè)區(qū)域的半徑應(yīng)至少等于作業(yè)處的水深。作業(yè)時，要根據(jù)被切割工件或結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及環(huán)境狀況設(shè)置好操作平臺，也可采取其他措施來穩(wěn)定作業(yè)位置。絕對不允許在懸空狀態(tài)下進行水下切割。為防止壓傷作業(yè)人員，進行水下切割時應(yīng)對切割后易移位的割件系上牢靠的繩索，并在被切割工件或結(jié)構(gòu)上留有一定的定位段，以確保切割過程中割件不移位。進行水下切割時，嚴禁將割炬觸及自身或其他作業(yè)人員