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　　水下切割分类，水下切割安全注意事项

　　水下切割，在水中对工件进行的切割。水下切割主要用在海难救捞和核污染结构件的水中解体。依据各种水下切割法的基本原理和切割状态不同，大体上可将现有的水下切割法分为两大类，即水下热切割法和水下冷切割法。

　　水下切割分类

　　水下热切割法是利用热源对金属进行加热，或在纯氧气中燃烧，使金属熔化，并采取某种措施将熔化金属或熔渣去除而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割、水下电弧切割、水下电弧-氧切割等。

　　热切割法又可分为氧化切割法、熔化切割法及熔化-氧化切割法。

　　氧化切割法是先利用火焰将待割金属预热到燃点，然后供氧气使金属燃烧，并吹掉熔渣而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割。

　　熔化切割法是利用热源将待割金属熔化，靠熔化金属自重或采取某种措施将熔化金属及熔渣除掉而形成切口的切割方法，如水下等离子切割、熔化极气体保护切割及熔化极水喷射切割等。

　　熔化-氧化切割法是利用热源对待割金属预热使其熔化，然后供氧使金属燃烧，并将燃烧产生的熔渣及剩余的熔化金属吹掉而形成切口的切割方法，如水下电弧-氧切割、热割矛切割及热割缆切割。

　　水下冷切割法是利用某种器具或某种高能量，在金属处于固态情况下直接破坏分子间的结合而形成切口的切割方法，如水下机械切割法、水下高压水切割法等。

　　水下切割安全注意事项

　　1、预防电击

　　(1)水下必须使用直流弧焊电源。交流弧焊电源的感知电流、摆脱电流和致命电流均远远小于直流。同时，电流的频率不同，对人体的作用也不同。而工频为50Hz的交流电对人体的威胁更大。

　　(2)保证带电设备与潜水装具的绝缘良好，避免潜水员裸露身体直接受到电击。带电设备由于长时间在水中浸泡，其绝缘层很容易受到破坏，造成漏电危险。

　　(3)避免身体重要部位直接受到电击。潜水员应穿戴好潜水服和绝缘手套，并将潜水装具绝缘处理，尤其是潜水面窗与领盘等部分，以增大电阻，从而保护潜水员。由于人体各部分的电阻并不是均匀的，头部和胸腔等部位的内阻比较小，只有100Ω左右，远低于两肢间的电阻500Ω，因此，如果潜水员的头部或前胸与后背之间受到电击，将带来致命的后果。

　　(4)作业过程中潜水员如果要更换割条或焊条，或者进行其它的作业时，一定要切断电流。如需继续进行作业，应将焊条放置在待焊位置后再通知接通电源。否则，弧焊电源80V的空载电压将会造成比较大的危险。

　　(5)在开始切割前，应将地线牢固地固定在作业点附近、潜水员前方的区域，这样可避免电流流经潜水员身体，使潜水员成为电路的一部分。地线一定要牢固连接，若有困难可采用点焊的方法将地线固定。地线连接不牢是潜水员进行水下焊割作业时产生“麻电”的主要原因之一。

　　(6)潜水员手部如果有伤口应避免进行水下焊割作业。人体皮肤的电阻要远远高于从体内的电阻，如果手部有伤口则使人体的整体电阻下降很多。

　　(7)在焊接电路中最好使用两闸刀开关，以便同时切割正极和负极的电流。若只有单闸刀开关，应将其安装在焊钳和割钳一侧。

　　(8)潜水员自身应有一个好的状态，这会增加潜水员的抵抗力，避免触电。同时，在淡水中作业发生触电的危险比海水中大。

　　(9)保证弧焊电源外壳安全接地和整个焊接或切割电路安全、可靠地连接。

　　(10)保证电缆绝缘和防水;闸刀开关应保证导电良好，避免表面氧化，甚至产生“铜绿”。

　　2、预防爆炸

　　在进行水下切割作业前，潜水员事先一定要对水下作业区域进行仔细地探摸，认真检查各部位的情况。如发现有气体聚集一定要等气体排除后再进行作业，千万不能贸然行事，最直接的方法是安装排气管，将气体排出到水面，也可在气体聚集的“气垫”部位的最上部钻一小孔将气体排除。

　　潜水员进行水下焊割作业时应该采用由上向下，由外向里的顺序作业，以及时将可能产生的气体排出到，避免气体在水中的聚集。若潜水员在水下听到“啪、啪”的声音时，应立即停止水下作业，查找产生这种声音的原因。

　　3、预防弧光辐射

　　水下切割时会产生强烈的弧光辐射，为了预防水下弧光辐射造成的伤害，潜水员有条件的情况下应在潜水装具的头盔或面罩安装活动护目镜。

　　如条件不允许，可在潜水面窗的上部或下部贴一层颜色较深的玻璃纸，在作业时可以适当地调整头部来防止弧光辐射。另外，潜水员在操作时，也可以调整眼睛或身体的位置，利用焊条或割条遮挡住弧光，实际利用时效果也不错。

　　4、预防灼伤

　　灼伤伤害主要是水下切割时，熔化的高温金属熔滴或熔渣对潜水员或潜水装备造成的伤害。灼伤除了会造成潜水员烫伤外，还能烧坏潜水服或供气管，造成呼吸气体中断等严重后果。

　　为了防止灼伤，潜水员下水前应穿戴手套或袜子，防止手部或脚部裸露的部位被烫伤。开始作业前，潜水员应将软管、信号绳、电缆等整理好，使其不会被熔化金属或熔渣损伤。熄弧后，潜水员不要立即用手触摸焊缝，应该稍等一会儿触摸或用钢丝刷去清理。

　　水下切割技术

　　一、研料高压水射流法

　　研料高压水射流法已被成功地用于导管架管件、桩基和隔水套管的管内切割，既可用于钢管件，又可用于混凝土结构。其原理是用混合有象金刚砂或石榴石砂这种非常硬的研磨砂的高压水喷射(压力高达250MPa)。试验证明在360m水深可使用，并可能发展到500m水深。

　　对小尺度对象切割时，可在作业的ROV(水下机器人)中安置切割喷嘴装置。对大尺度对象，则需在水下配置一个工作模块，在水面进行远程控制。

　　目前这种技术能切割305m深处有5层钢组成的夹层结构。不换切割喷嘴也可完成对有水泥填充和钢筋混凝土结构的切割，切割时刀具没有震动和摇晃(假设被割物体也是固定状态)，切口较精确和干净;另一优点是除在海床上遗留下研磨砂的沉积外，不会对海洋环境造成污染。该技术的主要问题在于喷嘴的磨损速度很快。

　　1、研料高压水射流系统的构成

　　关键部件是高压泵、水射流、研料补给系统和研料射流喷嘴，其它部件还包括研料回收器及一些附件如控制阀、高压水笼等。

　　①高压水泵：研料高压水射流系统中压力是重要参数。实践表明当压力范围在172.3-310MPa之间，水射流流量为11.3L/min时，该方法可对最硬的金属进行切割，以现在的技术完全可以提供这样的压力和流量。

　　②射流切割喷嘴：喷嘴由宝石穿孔制造，应用时，其穿孔直径为0.51-0.76mm，服役寿命为250-500h。

　　③研料注入系统：对于研料高压水射流系统来说，研料流量的准确控制是最基本的要求。研料注入系统可以对研料流量进行准确、稳定地控制。在水射流形成后，干研料被注入集料器，水流对研料进行加速。

　　2、研料高压水射流系统的缺点和优点

　　①缺点：在使用过程中，机械噪声与空气动力噪声最为严重，有时需向操作工提供保护装置。机械噪声主要来自于柴油或汽油发动机;空气动力噪声主要来自于研料粒子高速穿过空气的过程，作用距离越远，噪声越明显。研料颗粒有反弹的可能，是由于切割的材料较厚，研料颗粒不能直接穿过造成的，可能造成一定的危险。在喷嘴处设置防护装置可有效解决这一问题。另外，为防止污染环境，严格遵守管理规范，在切割完成后，应进行研料回收和清理。

　　②优点：该方法的应用范围极广，由于技术的先进性，许多工业项目都可使用，并能迅速得到收益。在油气开发工业，装备研料高压水射流系统的船可从事海洋废弃平台的切割、救生、平台拆除和修补及水下建筑工作。

　　二、金刚石串珠曲线锯法

　　金刚石串珠曲线锯法是从开采工业中发展来的，在石油天然气工业中也有所应用，当发生井喷和油井着火时，需采用该技术进行井口远程切割。

　　目前开发商已完成技术的改进，制作了专用工具，进行了用金刚石串珠曲线锯法切割直径比隔水套管还要大的钢管水下结构的实验。金刚石串珠曲线锯法的优点在于其作业的高可靠性。

　　实践证明，即使在巨大的轴向压力作用下也可成功地切割导管架的主要管件，因为钻粒珠直径经改进后减小，使钻粒缆在截面上切割速度比被锯开的管件由于压力释放而使锯口闭合的速度快得多，因此在锯口闭合前钻粒缆已经离开，不会造成锯缝卡住钻粒缆运动的故障。

　　金刚石串珠曲线锯切割方法利用一系列遥控操作设备，对钢、混凝土或其它材质进行外部切割。系统不受目标的大小、材质、及海洋结构的水深的影响，并可对任何构件进行高质量的切割。这些特点使其成为进行外部切割的理想工具。

　　1、金刚石串珠曲线锯系统的构成

　　刚石串珠曲线锯系统由三个主要部分组成：能量单元、驱动单元和钻石曲线，由BLUECIASS公司提供的金刚石串珠曲线锯系统。

　　①水力能量单元：40Hp电动机，流量124.9L/min，最大压力206.7MPa，质量为635.6kg。

　　②金刚石串珠曲线锯：直径81.3cm驱动轮，转速为0-50r/min，体积为74×31×38(长×宽×高)，质量为544.8kg。

　　③支撑框架：金刚石串珠曲线锯的线体由钢索、弹簧和外部嵌有金刚石的钢珠组成。钢索从钢珠和弹笋的内部穿出，钢珠之间有弹簧分隔。

　　2、金刚石串珠曲线锯的长度计算及其技术参数

　　金刚石串珠曲线锯的长度=2×(切割深度+切割高度)+切割高度。

　　3、金刚石串珠曲线锯法的缺点和优点

　　①缺点：该方法操作较复杂，从而产生不完全切割，容易损坏吊装设备及驳船。根据不同金刚石串珠曲线锯切割能力和尺寸，需为其设计制造专门的夹具和索具。

　　②优点：安装方便，可由潜水员或ROV(水下机器人)完成，对水深无要求，环境安全可靠，对切割目标无明显的物理体积限制，可切割的材料多，切割质量高。

　　水下切割.jpg

　　三、旋转内割刀法

　　虽然研料高压水射流法、金刚石串珠曲线锯法优点很多，但使用费用相当大，设备价格昂贵。内割刀具有结构简单、易加工制造且成本低、适用寿命长的优点，对于导管架桩腿的切割，可选用套管割刀。套管割刀是在进行封井作业时用来割断套管的。

　　旋转内割刀切割过程：

　　①清除桩腿内的淤泥及杂物，以便顺利安装切割工具。方法是用高压水喷射冲泥，用气举法将水与泥排出桩外。

　　②在平台上搭设割刀的工作框架，将割刀从水面上桩腿的上口放进桩腿。

　　③将割刀插入，到达预定位置后，液压控制的刀臂张开使割刀在油管内固定，然后刀片在油管内转动进行环向切割。

　　这种割刀在我国已使用多年，主要用来切割套管，在桩腿切割方面尚无应用先例。虽然该切割工具要求进行垂直作业，即被切割物应该垂直放置，但对平台而言，桩腿普遍具有8-10°的倾角，不会对切割产生大的影响。另外，该割刀的刀片价格比其它工具经济，且技术相对成熟。

　　四、三种切割技术比较

　　三种切割技术的比较，如下表所示。