切割參數對水下電-氧切割的影響

陳曉強 馬震 汪福強 朱小俊

1.概述

在沉船打撈及海難救助等水下工程作業中，水下切割技術經常被用于水下救助、切割除障、船體開孔以及附屬構件的去除等，如美國“墨西哥灣”漏油堵漏工程及我國的“阿波丸”號沉船打撈工程。而在水下切割技術中，使用最為廣泛的便是水下電-氧切割技術，該技術是打撈潛水作業人員必需掌握的水下作業技能之一。在“阿波丸”號沉船打撈工程中，運用水下電-氧切割技術切割船體的總長度超過2 400m，消耗氧氣超過2 600多瓶。

水下電-氧切割技術的參數包括許多方面，如焊機的類型、極性接法、割條的型號和種類、氧氣純度、氧氣壓力、切割電流以及切割角度等。其中，對潛水員水下操作影響較大的是氧氣純度及壓力、切割電流和切割角。

2.切割參數對水下電-氧切割的影響

（1）氧氣純度及氧氣壓力 氧氣在水下電-氧切割中是不可或缺的，在切割過程中擔負著重要作用。氧氣不僅可以起到氣體吹除的作用，而且可以和被割元素在高溫條件下發生燃燒反應，并發出大量的化學反應熱，用于加熱和熔化被割金屬。

水下電-氧切割時氧氣的純度非常重要，在《美國海軍水下焊割手冊》中，明確指出：氧氣的純度必須＞99.5%。純度越低，切割速度越低。純度每降低一成，切割速度就會下降25%左右；純度如果＜95%，切割過程就不能進行。所以說，在水下電-氧切割過程中，不能使用空氣或其他氣體代替氧氣。

氧氣壓力是影響水下切割效率和切割質量的另一個關鍵因素。一般來說，切割氧氣壓力的大小與被割金屬的材料和厚度有關。對于同種材料而言，氧氣壓力是隨著板厚的增加而增大的，并且在一定范圍內，適當增加氧氣壓力有利于提高水下切割效率和切割速度。如果氧氣壓力過小，容易產生割不透、割縫邊緣毛糙等現象，進而大大影響切割效果和切割速度，如圖1所示。

在水下電-氧切割時，氧氣壓力還要考慮水深及氧氣管的長度。一般來說，水深每增加10m，氧氣壓力應增加0.1MPa；氧氣管越長，對氧氣的阻力就越大，氧氣壓力也應適當增大一些。需要說明的是，切割氧氣壓力并不是越大越好，即在水下電-氧切割時，割條內徑相當于直筒型噴嘴，在氧氣通過割條內徑時，切割氧氣流達到一定值后，可切割的板厚也會達到最大值，切割效率最佳；反之，如果再提高氧氣壓力，反而會造成切割的板厚減小，切割的速度減慢。

圖1

（2）切割電流 水下電-氧切割電流的選擇是根據電纜導電截面積及長度的大小和被割板厚而定，其中電纜的導電截面積和長度對電流的影響不是主要的，被割金屬的厚度才是選擇切割電流的依據。如圖2所示，當切割電流選擇過小時，電弧的穿透能力不足，容易產生割不透的現象，割縫不整齊，并且易發生引弧困難、續弧階段產生粘條和短路等，造成焊接過載及燒損，切割效率降低；當切割電流選擇合適時，切割電弧穩定，引弧和續弧階段都很容易，切割的割透能力增強，割縫比較整齊，切割效率高；一旦電流選擇過大，則容易使割條過熱、割條熔化速度過快、藥皮提前爆裂等現象，并且切割過程中熔池過寬，熔化金屬在割縫背面易發生粘合，從而造成割穿而不透的現象，切割效率反而降低。

（3）切割角 切割角是水下作業潛水員經常忽略的一個重要參數。與水下焊接角度不同，水下電-氧切割時割條與鋼板割縫垂直線間的夾角稱為切割角。實踐經驗證明，切割角的大小與切割速度有一定關系的，切割速度會隨著切割角的變化而變化，但切割角的選擇主要還是取決于被切割板的厚度。通常來說，被切割板的厚度越大，切割角就越小。如果切割角選擇不當，也會影響水下切割效果。如圖3a所示，如果切割角過大，切割時切割火焰明顯集中在鋼板上方，也就意味著鋼板沒割透；圖3b中，切割角合適時，切割火焰大部分集中在鋼板的下方，鋼板被割透，切割可以順利進行。

（4）實際工程中切割參數的選擇 在海南東方油田對水下導管架進行切割的施工過程中，切割水深平均為70m，鋼管管架的壁厚約為6mm，如圖4所示。根據切割電流選擇的經驗公式，切割電流為280～300A，考慮水深及電纜線長度的影響，實際工程中切割電流選擇為300A。根據切割氧氣壓力的經驗公式，切割氧氣壓力應選為0.6～0.7MPa，在考慮氧氣管阻力和水深因素的影響后，實際工程中切割氧氣壓力選擇為1.1MPa。由于被割結構為管狀，所以在選擇切割角時，起割階段應與管壁成切線，在起割完成后逐漸減小切割角，以加快切割速度，提高切割質量。

3.結語

水下電-氧切割是一項技能性很強的技術，在實際的水下切割工程作業中，切割潛水員不僅需要自己的潛水實踐經驗，還要對切割參數進行合理的選擇和良好的匹配，才能提高水下切割效率，達到理想的切割效果。

圖2

圖3

圖4 水下切割油井導管架