專利名稱：一種利用水下手工快速切割材料完成切割的切割系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于水下手工快速切割的金屬材料切割技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種手工水下快速切割材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，隨著海洋的開發(fā)，大量的海上建筑被建造，同時，也必將造成大量的廢舊碼頭、廢棄鉆井平臺等水下建筑需要被拆除，為航海清除障礙。而這些水下建筑破障的難點在于水下部分結(jié)構(gòu)只能在水下拆除，而且這些水下建筑具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也增加了拆除的難度?，F(xiàn)在，拆除水下金屬結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要采用水下切割技術(shù)，目前常用的水下切割技術(shù)有氧-可燃?xì)馇懈?、水下?弧切割、金屬-電弧切割、水下機械切割、水射流切割、水下等離子切割、爆炸切割等。氧-可燃?xì)馇懈畈贿m宜于切割耐腐蝕鋼、不銹鋼、鑄鐵 和除鈦以外的有色金屬，水下氧-弧切割、金屬-電弧切割、水下機械切割、水射流切割、水下等離子切割都需要帶電作業(yè)，存在安全隱患，而且水射流切割、水下等離子切割所需要的設(shè)備較為復(fù)雜，設(shè)備造價昂貴、龐大不易便攜，而爆炸切割危險性較大。專利申請CN201010536018. 5公開了一種手工快速切割材料，一種手工快速切割材料，其特征在于由外部的切割管材和內(nèi)部的多根切割絲材組成的中空管狀結(jié)構(gòu)，其中所述切割管材是采用鍛壓工藝制備而成的鋼管，鋼管內(nèi)外采用電鍍工藝各鍍有0. Imm厚的鍍銅層；所述切割絲材長度與切割管材相同，由外皮和粉芯組成，所述外皮為低碳鋼08F鋼帶，其化學(xué)組成為以重量百分比計，C 0. 05% 0. 11%，Si彡0. 03%，Mn 0.25% 0. 50%, P ^ 0. 035%, S ^ 0. 035%, Ni ( 0. 25%, Cr ^ 0. 10%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述粉芯以重量百分比計，組成為CuO粉2 8%,稀土鋪0. 4 2%,余量為鐵粉。實用新型專利CN201020597547. I公開了一種手工快速切割系統(tǒng)，但是，該手工快速切割材料的粉芯組分及組分含量只適合在空氣中進(jìn)行切割，其放熱合金CuO和Fe在氧氣中燃燒放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠支持切割材料在水中持續(xù)不斷的燃燒，從而無法滿足其在水下進(jìn)行切割，同時相應(yīng)的切割系統(tǒng)也無法滿足水下切割的要求。因此，亟需在研究電弧引燃放熱合金材料產(chǎn)生高能量原理的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種無需切割燃?xì)夂颓懈铍娫矗懈钏俣瓤?，安全，攜帶方便、操作簡單且成本低的水下切割材料，用于水下環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土的快速切割和拆裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有各種水下切割技術(shù)的缺陷，利用放熱材料在氧氣中的燃燒特性，提供一種無需切割燃?xì)夂颓懈铍娫?，切割效率高，切割對象范圍廣，攜帶方便、安全，操作簡單且成本低的水下手工快速切割材料及其制備方法，用于水下金屬和鋼筋混凝土的快速切割和破解。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種利用水下手工快速切割材料完成切割的切割系統(tǒng)，該切割系統(tǒng)包括引弧系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、切割槍三部分，其特征在于引弧系統(tǒng)由閘刀開關(guān)、不高于36伏的引弧電源、導(dǎo)線、銅引弧板組成，其作用是為水下手工快速切割材料引燃電弧，水下手工快速切割材料穩(wěn)定燃燒后就可以斷開閘刀開關(guān)，從而斷開引弧電源；供氣系統(tǒng)由工業(yè)氧氣瓶和氧氣氣路組成，其作用是為切割槍提供氧氣，維持切割材料進(jìn)一步持續(xù)燃燒，并清除切割工件的熔渣；切割槍通過氧氣氣路與工業(yè)氧氣 瓶相連，通過導(dǎo)線與引弧電源相連，并夾持切割材料對工件進(jìn)行切割。 進(jìn)一步地，切割前，聯(lián)接好系統(tǒng)各部件，引弧電源兩極分別接切割槍和銅引弧板，閘刀開關(guān)處于斷開狀態(tài)，引弧電源和工業(yè)氧氣瓶始終處在水位線以上。進(jìn)一步地，所述的切割材料由外部的切割管材和內(nèi)部的多根切割絲材組成的中空管狀結(jié)構(gòu)，切割管材外側(cè)有一層絕緣層；所述切割絲材長度與切割管材長度相同，由外皮和粉芯組成，所述外皮包括兩種材料，一種為低碳鋼08F鋼帶，其化學(xué)組成為以重量百分比計，C 0. 05% 0. 11%，Si 彡 0. 03%, Mn 0. 25% 0. 50%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 035%,Ni ( 0. 25%, Cr ( 0. 10%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；另一種外皮為鋁帶，兩種不同外皮材料的切割絲材的比例為2 1-6 1，所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。進(jìn)一步地，所述切割管材外側(cè)有一層絕緣層；外部的切割管材由復(fù)合金屬帶繞制而成，并由此實現(xiàn)切割管材的柔性彎曲，所述切割絲材沿外部管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)；所述切割絲材由外皮和粉芯組成，所述外皮為低碳鋼鋼帶，其化學(xué)組成為以重量百分比計，C 0. 05% 0. 11%，Si彡0. 03%，Mn 0.25% 0.50%，P^O. 035%, S ^ 0. 035%, Ni ( 0. 25%, Cr ( 0. 10%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。進(jìn)一步地，進(jìn)行水下切割時，切割槍、工件、銅引弧板全在水位線以下，關(guān)閉閘刀開關(guān)，通過切割槍上的氧氣流量控制閥送出氧氣，將切割材料端部和銅引弧板接觸并劃動，弓丨燃電弧，待電弧燃燒穩(wěn)定后，將切割材料端部移到工件處進(jìn)行切割。進(jìn)一步地，將低碳鋼08F鋼帶替換為SPCC-SD型冷軋鋼帶，化學(xué)成分為以重量百分比計，C彡0. 15%,Mn ( 0. 60%, P ^ 0. 1%,S ^ 0. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是I)便攜性，整個系統(tǒng)主要有引弧電源、工業(yè)氧氣瓶、切割槍等，切割過程中，蓄電池引弧電源、工業(yè)氧氣瓶處在水面以上，操作人員只需要攜帶切割槍和切割材料在水下工作，單人就可以攜帶，不必像機械切割、等離子切割等需要復(fù)雜笨重的設(shè)備；2)不需要切割電源和切割燃?xì)?，只需要在水下引燃切割材料就可以斷開引弧電源，借助氧氣助燃作用，利用切割材料燃燒自身放出的熱量支持水下手工快速切割材料進(jìn)一步持續(xù)燃燒對工件進(jìn)行切割，不需要切割電源和切割燃?xì)猓?)安全性高，該方法在切割過程中不需要切割電源，所用的引弧電源也為24V的蓄電池，在水下不會對操作人員造成危害，安全性高；4)切割效率高，手工快速切割材料燃燒可以達(dá)到5000°C以上的高溫，切割效率是氧-可燃?xì)怏w切割的8 20倍，具有較高的切割速度，切割效率高。5)切割對象范圍廣，水下手工快速切割材料是利用材料燃燒本身放出的熱量支持切割材料進(jìn)一步持續(xù)燃燒，因此，不像氧-乙炔火焰那樣受所切割對象材料成分的限制，可以切割所有金屬材料，也可以切割混凝土、磚或巖石等非金屬材料，切割對象范圍廣。6)成本低，該水下手工快速切割材料不需要復(fù)雜的設(shè)備，所用的材料成分主要為鐵，因此，制造成本較低。


附圖I是切割管材為鋼管構(gòu)成的水下手工快速切割材料示意圖；附圖2是水下手工快速切割材料的橫截面示意圖；附圖3是水下手工快速切割系統(tǒng)的示意圖；附圖4是規(guī)格I的水下手工快速切割材料的橫截面示意圖；附圖5是規(guī)格2的水下手工快速切割材料的橫截面示意圖；附圖6是規(guī)格3的水下手工快速切割材料的橫截面示意圖。附圖7是切割管材為復(fù)合金屬帶構(gòu)成的水下手工快速切割材料的橫截面示意圖。其中，I-切割管材；2_切割絲材；3_絲材外皮；4_絕緣層；5_閘刀開關(guān)；6_不高于36伏的引弧電源；7_導(dǎo)線；8_銅引弧板；9_工業(yè)氧氣瓶；10_切割工件；11_水下手工快速切割材料；12-切割槍；13_氧氣氣路；
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖1-6對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述本發(fā)明所述的一種水下手工快速切割材料，該切割材料由外部的切割管材和內(nèi)部的多根切割絲材組成，切割管材外側(cè)有一層絕緣層；所述切割絲材長度與切割管材長度相同，切割絲材由外皮和粉芯組成，所述外皮包括兩種材料，一種外皮為低碳鋼鋼帶，另一種外皮為鋁帶，兩種不同外皮材料的切割絲材的比例為2 : I 6 : 1，所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。 本發(fā)明中切割絲材中Cu2O粉和CuO粉的加入，是為了利用Cu2O粉和CuO粉與鋁、鐵反應(yīng)放出大量熱量，支持在水下切割的順利進(jìn)行。當(dāng)Cu2O粉重量百分比小于3%，Cu0粉重量百分比小于5%時，放出的熱量少，切割速度較小，而當(dāng)Cu2O粉重量百分比大于20%，CuO粉重量百分比大于25%時，反應(yīng)劇烈，燃燒速度過快，不容易控制。Cu2O粉和CuO粉的同時加入可以使得反應(yīng)過程平穩(wěn)、持續(xù)，水下切割過程也比較平穩(wěn)。Al粉的加入是因為鋁與Cu2O粉和CuO粉反應(yīng)放出大量熱量，其含量范圍是由Cu2O粉和CuO粉的含量決定的。稀土鈰的加入可以提高切割材料的燃燒效率，促進(jìn)切割材料在氧氣中充分燃燒。當(dāng)稀土鈰重量百分比小于1%時，對燃燒效率的提高作用很小，在I 7%范圍內(nèi)，隨著稀土鈰重量比的增大，對燃燒效率的提高也越來越大，但超過7 %，對燃燒效率的提高與7 %的相比變化不大，而稀土鈰價格較高，為了節(jié)約成本，選為I 7 %。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，外皮低碳鋼08F鋼帶的成分以重量百分比計，CO. 05 % 0. 11 %，Si 彡 0. 03 %，Mn 0. 25 % 0. 50 %，P 彡 0. 035 %，S 彡 0. 035 %，Ni ≤O. 25%, Cr≤ 0. 10%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。另外一種外皮材料為鋁。根據(jù)工程應(yīng)用的不同需求，外皮的鋼帶還可以是SPCC-SD型冷軋鋼帶，化學(xué)成分為以重量百分比計，C≤0. 15%,Mn ( 0. 60%, P ^ 0. 1%,S ^ 0. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)工程應(yīng)用的不同需求，外皮可以部分為鋼外皮、部分為鋁外皮；也可以全部為鋼外皮。根據(jù)工程應(yīng)用的不同需求，可以加工規(guī)格不同的切割材料，例如規(guī)格I :選用壁厚約0. 7mm的鍛壓無縫鋼管，再采用電鍍工藝，在其內(nèi)外兩側(cè)鍍上約厚0. Imm的鍍銅層，或者制備出具有銅-鐵-銅三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合管材，所述制造復(fù)合管材的復(fù)合金屬帶的上下表面采用電鍍工藝各鍍有0. Imm厚的鍍銅層。制備復(fù)合金屬帶，可采用鍛壓工藝制備成厚度為0. 8mm的鐵-銅-鐵的復(fù)合金屬帶，再進(jìn)行鍍銅，鍍銅流程為丙酮除油-水洗-7%稀鹽酸除銹-水洗-電鍍鎳打底-水洗-鍍銅-水洗-吹干；再將復(fù)合金屬帶纏繞在多根切割絲材上，制備成具有中空結(jié)構(gòu)的切割材料，在切割管材外側(cè)有一層絕緣層，是由一種聚乙烯膠帶纏繞在切割管材外側(cè)而形成，如圖6所示。復(fù)合金屬帶為中間部分厚、邊緣薄的結(jié)構(gòu)；復(fù)合金屬帶纏繞制成復(fù)合管材過程中，邊緣相互重疊，邊緣重疊之后的厚度與復(fù)合金屬帶中間部分的厚度一致，從而使得形成的切割管材的外表面平滑。切割管材總的壁厚約為0. 9mm ;內(nèi)徑5. 2mm,外徑7mm,制備的切割管材長約為600mmo切割絲材直徑為2. 4mm，長約為600mm，共3根裝配在切割管材中。所述切割絲材沿外部管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)。規(guī)格2 :選用壁厚約0. 8mm的鍛壓無縫鋼管，再采用電鍍工藝，在其內(nèi)外兩側(cè)鍍上約厚0. Imm的鍍銅層，如上所述，或制備出具有銅-鐵-銅三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合管材。管材總的壁厚約為Imm ;內(nèi)徑6. 6mm,外徑8. 6mm,制備的切割管材長約為600mm。切割絲材直徑為2. 4mm,長約為600mm,共5根裝配在切割管材中。規(guī)格3 :選用壁厚約0. 8mm的鍛壓無縫鋼管，再采用電鍍工藝，在其內(nèi)外兩側(cè)鍍上約厚0. Imm的鍍銅層，如上所述，或制備出具有銅-鐵-銅三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合管材。管材總的壁厚約為Imm ;內(nèi)徑8臟，外徑IOmm,制備的切割管材長約為600mm。切割絲材直徑為2. 4mm,長約為600mm,共7根裝配在切割管材中。經(jīng)過試驗研究發(fā)現(xiàn)，所述切割絲材的直徑與切割管材的壁厚之比范圍在2. I 3，可達(dá)到較好的燃燒效果。根據(jù)工程應(yīng)用的不同需求，可以采用不同的重量百分比粉芯加工切割材料，例如實施例I其中，所述鐵粉粒度為-80 200目，CuO粉粒度為-80 200目，Cu2O粉粒度為-80 200目，稀土鈰粒度為-300目。然后通過多功能粉芯絲材成型機，采用多輥連續(xù)軋制和多道連續(xù)拔絲減徑方法制造，經(jīng)過裁帶、軋帶、填粉、封口、拔絲、校直和剪切工序，即得切割絲材；制備絲材速度為約40m/min,校直速度約為5m/min。采用鍛壓工藝制備而成的鋼管作為外部的切割管材，鋼管內(nèi)外采用電鍍工藝各鍍有0. Imm厚的鍍銅層；采用聚乙烯膠帶纏繞在切割管材外側(cè)作為絕緣層。將3根切割絲材裝配至所述切割管材內(nèi)腔中，形成水下手工快速切割材料，其中，兩根為低碳鋼外皮，一根為鋁外皮。其中，切割管材也可以使用前述的銅-鐵-銅三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合管材，由復(fù)合金屬帶繞制而成的切割管材可實現(xiàn)切割管材的柔性彎曲，并如軟繩般盤繞在一起。表I
權(quán)利要求
1.一種利用水下手工快速切割材料完成切割的切割系統(tǒng)，該切割系統(tǒng)包括引弧系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、切割槍三部分，其特征在于 引弧系統(tǒng)由閘刀開關(guān)(5)、不高于36伏的引弧電源(6)、導(dǎo)線(7)、銅引弧板⑶組成，其作用是為水下手工快速切割材料(11)引燃電弧，水下手工快速切割材料(11)穩(wěn)定燃燒后就可以斷開閘刀開關(guān)(5)，從而斷開引弧電源(6)； 供氣系統(tǒng)由工業(yè)氧氣瓶(9)和氧氣氣路(13)組成，其作用是為切割槍(12)提供氧氣，維持切割材料(13)進(jìn)一步持續(xù)燃燒，并清除切割工件(12)的熔渣； 切割槍(12)通過氧氣氣路(13)與工業(yè)氧氣瓶(9)相連，通過導(dǎo)線(7)與引弧電源(6)相連，并夾持切割材料(11)對工件(10)進(jìn)行切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的切割系統(tǒng)，其特征在于切割前，聯(lián)接好系統(tǒng)各部件，引弧電源(6)兩極分別接切割槍(12)和銅引弧板(8)，閘刀開關(guān)(5)處于斷開狀態(tài)，引弧電源(6)和工業(yè)氧氣瓶(9)始終處在水位線以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的切割系統(tǒng)，其特征在于所述的切割材料由外部的切割管材和內(nèi)部的多根切割絲材組成的中空管狀結(jié)構(gòu)，切割管材外側(cè)有一層絕緣層；所述切割絲材長度與切割管材長度相同，由外皮和粉芯組成，所述外皮包括兩種材料，一種為低碳鋼08F鋼帶，其化學(xué)組成為以重量百分比計，C O. 05% O. 11%，Si彡O. 03%，Mn O. 25% O.50%, P ^ O. 035%, S ^ O. 035%, Ni ( O. 25%, Cr ( O. 10%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；另一種外皮為鋁帶，兩種不同外皮材料的切割絲材的比例為2 : I 6 : 1，所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的切割系統(tǒng)，其特征在于所述切割管材外側(cè)有一層絕緣層；外部的切割管材由復(fù)合金屬帶繞制而成，并由此實現(xiàn)切割管材的柔性彎曲，所述切割絲材沿外部管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)；所述切割絲材由外皮和粉芯組成，所述外皮為低碳鋼鋼帶，其化學(xué)組成為以重量百分比計，CO. 05% O. 11%,Si 彡 O. 03%，Mn O. 25% O. 50%，P 彡 O. 035%，S 彡 O. 035%,Ni ^ O. 25%,Cr ^ O. 10%,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述粉芯以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的切割系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)行水下切割時，切割槍(12)、工件(10)、銅引弧板⑶全在水位線以下，關(guān)閉閘刀開關(guān)(5)，通過切割槍(12)上的氧氣流量控制閥送出氧氣，將切割材料(11)端部和銅引弧板(8)接觸并劃動，引燃電弧，待電弧燃燒穩(wěn)定后，將切割材料(11)端部移到工件(10)處進(jìn)行切割。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的切割系統(tǒng)，其特征在于將低碳鋼08F鋼帶替換為SPCC-SD型冷軋鋼帶，化學(xué)成分為:以重量百分比計，CS O. 15%,Mn^O. 60%,P^O. 1%,S彡O. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用水下手工快速切割材料完成切割的切割系統(tǒng)，該切割系統(tǒng)包括引弧系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、切割槍三部分，引弧系統(tǒng)由閘刀開關(guān)(5)、不高于36伏的引弧電源(6)、導(dǎo)線(7)、銅引弧板(8)組成；供氣系統(tǒng)由工業(yè)氧氣瓶(9)和氧氣氣路(13)組成，其作用是為切割槍(12)提供氧氣，維持切割材料(11)進(jìn)一步持續(xù)燃燒，并清除切割工件(10)的熔渣；切割槍(12)通過氧氣氣路(13)與工業(yè)氧氣瓶(9)相連，通過導(dǎo)線(7)與引弧電源(6)相連。該系統(tǒng)用于水下環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土的快速切割和拆裝，無需切割燃?xì)夂颓懈铍娫矗懈钚矢?，切割對象范圍廣，攜帶方便，操作簡單且成本低。
文檔編號B23K35/22GK102699544SQ20121000900
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者柳吉蘭, 衣衍亮 申請人:柳吉蘭