水下切割是在水中對工件進行的切割，是在水下以熱熔解或機械的手段破壞金屬內部聯系的一種工藝方法。水下切割主要用在海難救撈和核污染結構件的水中解體，主要優勢是可以在高輻射環境下進行工作，這使得它成為核能設施拆解中的一種潛在解決方案。
水下切割技術于1908年在德國首先使用，采用的是一般的氧-乙炔割炬，其工作水深在8m以內。1925年水下切割技術獲得了重大突破，當時的美國海軍為了便于進行海上打撈，研制出一種使用壓縮空氣作為外部屏障來隔絕水的氫-氧割炬，其設計原理至今仍被許多水下切割設備所采用。
依據各種水下切割法的基本原理和切割狀態不同，大體上可將現有的水下切割法分為兩大類，即水下熱切割法和水下冷切割法。按照采用的切割介質不同，水下切割技術還可分為水下流體切割(包括液態切割、氣態切割)、水下固體切割及水下混合切割等類型。常用的水下切割技術包括機械切割、電弧-氧切割、熔化極電弧切割、激光切割、火焰切割、高壓磨料射流切割、聚能爆破等。常用的水下切割工具主要包括金剛石繩鋸機、繩索切刀、電纜切割器等。
歷史沿革
國外水下切割發展
1802年，美國學者HumphreyDavy就指出電弧能夠在水下連續燃燒，即指出了水下切割的可能性。
1895年，法國Le Chatelier發明了氧乙炔火焰，1900年，Fouch和Picard制造出了第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作為一種熱切割方法開始被應用于生產實踐，但當時僅限于陸地切割使用。
水下切割是1908年德國人使用陸地上的氧乙炔割炬實現的，其工作水深在8m以內，但由于周圍水的強烈冷卻作用，切口處很難預熱，且火焰不穩定，切割效果并不好。1915年，水下電弧-氧切割才開始使用。其基本原理與水下氧-火焰切割一樣，只是用電弧代替火焰，氧氣通過空心電極噴出，而電弧則在空心電極的端部產生。
1925 年，水下切割技術獲得重大突破，美國海軍為了便于進行海上打撈，研制出一種使用壓縮空氣作為外部屏幕的氧-氫割炬，在實際應用中獲得了良好的效果。
人們根據等離子弧的特點開發了水下等離子弧切割技術，這種方法成功用于水下切割的報道最早見于1960年。其原理和設備與等離子弧焊基本相同，不同的是切割時應用的電流和氣流都比較大。美國和意大利在水深1~7m的范圍內拆除了核反應堆容器中有放射性的部件，第一次將等離子弧割炬應用于水下。
20世紀50年代，研制高壓設備及試驗高壓水。1953年從技術上證明了使用金剛石串珠繩鋸開采大理石的可行性，但沒有應用實際生產。1959-1968年，隨著人造金剛石的出現，人們開發出結合了鋼絲繩的柔軟性和金剛石堅硬鋒利的切削性的金剛石串珠繩。
1969年，原西德申請了一項水下等離子弧切割槍的專利。1969-1970年，在意大利維羅納的石材博覽會上展出了成品串珠繩及串珠繩鋸機，同時在意大利的大理石礦山首次進行了試驗并獲得成功。1977年，意大利Luigi Madrigali發明了被稱為“Madrigali自行車”的金剛石繩鋸機，使得金剛石繩鋸切割正式成為開采大理石的關鍵技術。1990年，第一臺數控串珠鋸投入工廠實際使用。
1971年，蘇聯研制出了“orrP-1"型水下等離子弧切割設備，該設備使用氫-氮混合氣體，可在10m深的水下切割40mm厚的耐酸鋼。英國皇家軍備研究和發展中心根據深水中等離子弧切割的特性，在模擬裝置中進行了370m深的水下等離子弧切割。國外研究人員從20世紀70年代開始進行磨料射流切割技術的理論和試驗研究，已研發出各種水下切割清洗設備并得到應用。同時，對制作家具的硬木進行水射流切割獲得成功，引起了國際關注。20世紀80年代，美國又率先把水磨料射流切割技術應用于實踐。20世紀90年代，水射流切割技術開始應用。
中國水下切割發展
中國水下切割技術起步較晚，但發展較為迅速。最早應用的水下切割技術是20世紀50年代從國外引進的水下電弧-氧切割技術，20世紀60年代自行制造了水下割條——特304。1978年打撈“阿波丸”號沉船時，采用了水下電弧-氧切割技術，切割船體總長度約2400m，消耗氧氣2600多瓶。
20世紀70年代末以來，開始對水下熔化極水噴射切割、水下聚能爆炸切割、水下等離子弧切割等新的水下切割技術進行研究。在日本水噴射熔化極切割原理的基礎上，中國成功開發了深海半自動熔化極水下電弧切割新技術，并在20m及60m水深處對厚20mm的鋼板進行了切割試驗，切割速度高達20m/h以上。水下聚能爆炸切割技術在我國也逐漸興起。西安近代化學研究所研制的橡皮炸藥具有柔軟輕便、使用簡單、切割精度較高等特點。實際應用聚能炸藥切割厚100mm鋼板和直徑1.2m、具有38mm鋼套的混凝土套管曾獲得成功。在打撈“阿波丸”號沉船時，還采用了預制的聚能炸藥進行船體拆除，效果較理想。水下等離子孤切割技術近10多年來在中國發展起來，這種水下切割技術與陸地數控等離子弧切割不同之處在于割炬具有排水、防水功能。
20世紀90年代，哈爾濱焊接研究院有限公司對水下空氣等離子弧切割技術進行了研究，開發了成套設備，并解決了深水引弧困難的問題。20世紀90年代末，該所還開發了遙控水下等離子弧自動切割技術，開發了具有實用性的直角坐標五軸機械手式數控自動切割設備，并在2000年初利用該技術完成我國首次退役核設施中大厚度活化部件的水下切割任務。
中國國內科研院所從20世紀90年代開始進行水射流水下應用的研究，磨料射流的水下應用研究較少，相應的磨料切割設備研發成功較少。
1994年，研究純水水射流動壓力分布規律，對石油鉆井圍壓條件模擬。2000年，進行高圍壓空化水射流沖蝕性能水下環境模擬，水深小于200m。2002年，研制出水下磨料射流的沖蝕性能，水下高圍壓磨料射流切制模擬，水深小于100m。
技術原理
從1908年成功使用氧-乙炔割炬在8m內水深進行切割開始，人們不斷改進水下切割技術，使其朝著高效、安全、自動化方向不斷前進。經過近百年發展，已經有幾十種水下切割方法問世。依據各種水下切割方法的基本原理和切割狀態不同，大體上可將現有的水下切割方法分為兩大類，即水下熱切割和水下冷切割。
使用的水下切割方法中，熱切割技術應用居多，占水下切割總量的90%以上。但水下冷切割技術在許多領域仍然不可替代，水下熱切割和冷切割技術在可預見的長時間內仍會協同發展并相互補充。
水下冷切割
水下冷切割是利用機械能或動能對工件切割的一種技術，基本可以適用于所有材料的切割，但其對工件的尺寸、形狀有要求。利用水下冷切割技術獲得的割口縫寬較窄，割口面平整，熱變形較小。常見的水下冷切割技術包括機械切割、高壓水切割、聚能爆炸切割等。
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機械切割
水下機械切制的原理與陸上的機械切割-一樣，也是采用鋸、磨、刨、銑等方法對構件進行切割，切割速度比熱切割慢得多，但切口質量和精度很高，可按照標準要求對工件進行精確加工。
水下成型藥包爆炸切割
水下成型藥包是裝在軟質金屬(如銅、鋁及鉛等)外殼內的、成分經特別配制的一種炸藥(如RDX等)，藥包的斷面通常呈倒V形，水下成型藥包爆炸切割的原理是：把藥包置于被切割工件的待切割部位，當炸藥起爆.爆炸波將金屬外殼破壞時，所形成的高溫高速金屬粒子流(伴有高能沖擊波)定向集中地噴射到工件很小的面積上，把工件擊穿而形成切口。
高壓水射流切割
高壓水射流切割是利用從噴嘴中噴出的高速高壓水射流將工件破斷，以達到切割的目的。該切割法屬于冷切割，切割過程中無熱影響，不會造成工件切口附近材料金相組織變化，也不會產生熱變形。另外，切口質量良好，并能切割三維曲形工件。
水下熱切割
水下熱切割技術是通過加熱工件使材料熔化或在氧氣中燃燒，并將熔化的金屬及熔渣去除的一種技術。水下熱切割技術對被切割材料有-定要求，但對被切割工件的形狀要求較少。值得注意的是，在水壓、紊流等復雜條件的影響下，水下電弧并不穩定。利用水下熱切割技術獲得的割口縫寬較大，割口粗糙，熱變形較大，在進行如水下焊接、水下安裝等操作之前一般需要再加工。水下熱切割技術包括熔化切割、氧化切割、熔化-氧化切割等。
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水下電弧-氧切割
水下電弧-氧切割是一種利用空心電極(即割條)與工件之間產生的電弧使工件熔化，氧氣從電極孔中吹出，使熱態工件金屬氧化燃燒，并吹掉熔化的金屬及熔渣，從而形成切口的切割方法。
水下等離子弧切割
水下等離子弧切割是利用高溫高速等離子氣流來熔化待切割金屬，并借助高速氣流或水流把熔化金屬除掉而形成切口的切割方法。由于等離子弧難以在電極和工件之間形成，必須利用高頻或直接接觸的方式首先在鎢極和噴嘴之間引燃引導電弧(即小弧)，然后再轉移過渡到鎢極和工件之間。目前用于水下金屬材料切割的等離子弧切割槍都是轉移弧形式的。
熔化極水噴射水下切割
熔化極水噴射水下切割是利用電弧產生的熱量將金屬熔化，并用高壓水射流將被熔化的金屬及熔渣吹掉，從而形成清潔的切口表面。
水下氧-火焰切割
水下氧-火焰切割是先利用氣體火焰將被切割工件表面預熱到燃燒點，然后噴射氧氣使金屬燃燒，并吹掉熔化金屬及熔渣，從而形成切口，具體過程如下：
熱割矛切割
熱割矛是一根裝滿鋼絲的鋼管，當從外部對鋼管出氣端預熱并使其達到燃點時，將氧氣從鋼管內的鋼絲間吹出，鋼管及鋼絲開始燃燒放出大量的熱量，從而使工件熔化而達到切割的目的。熱割矛放出的熱量及通過熱割矛吹出的氧氣使被切工件熔化、燃燒而形成切口，是一熔化氧化的過程。但與水下電弧氧切割不同的是，熱割矛是以本身氧化產生的熱量起主導作用，而水下電弧氧切割是以氧化金屬為主。
熱割纜切割
熱割纜是用細鋼絲制成的空心纜，外面用密封套套著。其切割原理與熱割矛切割基本一樣，先將熱割纜出氣端預熱到燃點，然后供氧氣使熱制纜燃燒，放出的熱量使工件熔化，從而達到切割目的。
技術存在的問題
常用方法對比
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技術難題
水下切割技術主要存在的問題有：
操作方法
起切點的操作
一般來說，水下切割過程主要從切割工件的邊緣開始，切割到中間，直到切割；但有時受結構特征或環境的限制，需要從中間開始切割。
從工件邊緣開始切割時，首先將切割端接觸到工件邊緣，垂直于切割面，使切割內孔騎到工件邊緣邊緣，然后送電起弧。采用接觸法引弧。不要在開始時移動切割條。工件邊緣形成凹口后，慢慢向中間移動，開始正常切割；也可以靠近邊緣(離邊緣線不超過10mm）引弧，引弧后迅速向邊緣移動，使邊緣口形成凹口，然后逐漸向中間切割。
從中間切割比從邊緣切割容易。首先，將切割條的端部接觸到工件，使其與工件的切割面形成80%°～85°角，然后采用接觸法或劃痕法引弧。引弧后保持原地不動，直至切割后開始正常切割。
加深切割法
加深切割法是指在初始切割形成后的切割過程中，切割條不斷伸入切割縫，使切割縫不斷加深，直至切割工件，切割工件。該方法適用于支撐切割法中不易切割的厚板或層壓板。操作時，切割條上下移動協調均勻，保持電弧穩定燃燒。
維弧切割法
維弧切割法是指在開始切口形成后提起切割條，離開工件表面約2~3mm，并與工件垂直，然后沿切割線均勻向前移動，始終保持電弧不熄滅。該方法適用于厚度為5的厚度mm以下薄鋼板的水下切割。由于潛水員很難在水下保持身體穩定，電弧不易保持穩定。此外，切割質量略低于支撐切割法，因此維弧切割法在實際應用中并不常用。
支撐切割法
支撐切割法是指在引弧形成起始切口后，切割條傾斜，與切割面保持80%°～85°角，用切片皮套支撐在工件表面，切片移動時永遠不要離開工件的電弧氧切割方法。該方法可從左到右或從右到左切割，也可靠切割在尺子上，操作方便，效率高，適用于中薄板的水下切割。
作業注意事項
水下切割是一項涉及到船舶、橋梁、深海管線以及海洋工程等很多領域的工程。這是一個在水下環境中進行的切割方式，因此需要考慮許多因素和技術。以下是水下切割要注意的六個要點：
安全
水下切割是一個高度危險的任務，因為水下環境很難控制。船員必須穿戴適當的裝備和防護設備，并遵循嚴格的安全程序。必須確保沒有其他船舶或潛水員與切割區域發生沖突，并確保切割機械和其他設備的正確使用。
材料的適應性
所有切割材料必須適應水下環境。不同的材料需要適應不同的水下條件，如水溫、鹽度和水壓。在使用不同的材料時，操作員必須選擇合適的切割工具和切割技術。
能量的適應性
水下切割需要使用大量的能量來實現和維護。因此，操作員必須考慮電源和切割設備之間的配合關系，以及使用不同能量源的可能性，如潛水器載體機械等。
切割機械造型
不同的切割機械有不同的形狀和設計。因此，操作員必須根據不同的任務選擇適當的切割機器，并保障機器與水下環境的一致。
切割技術
水下切割需要使用不同的切割技術，如離線切割、浸入切割、摩擦切割和等離子切割等。因此，操作員必須確保技術的選擇符合任務的特殊需求，并考慮時間和其他可用資源。
切割后的后期工作
水下切割后需要進行后期工作。在這個過程中，操作員必須使用清潔和自動化的技術，以減少殘留物和棘手的排放問題。同時，還需要在切割后進行檢查和保養，以確保切割工作的質量和可持續性。
應用領域
船舶維修方面的應用
船舶維修是一個非常重要的行業，而船舶的維修過程中，水下切割是一項必要的技術。主要應用在船舶的螺旋槳、舵、推進器、管道、油艙、氧氣瓶、暖氣鍋爐、柴油機缸體等部位的拆裝和維修。水下切割技術早期應用于船舶拆除領域。由于船舶的生命周期有限，存在老化和退役的現象，因此需要對船舶進行拆解和回收。在這個過程中，傳統的拆解方式往往會對環境造成污染和危險，因此水下切割技術的應用得到了開發和推廣。
水下切割技術不僅可以用于船舶拆解，也可以用于船舶的維修和改裝。水下切割技術不僅可以用于船舶拆解，也可以用于船舶的維修和改裝。
核能設施拆解應用
水下切割是一種在水下環境下進行切割和拆解工作的技術。它的主要優勢是可以在高輻射環境下進行工作，這使得它成為核能設施拆解中的一種潛在解決方案。核能設施拆解是一個復雜而危險的任務。核電站、核燃料加工廠和核燃料儲存設施等核能設施在運營結束后需要進行拆解和清理。這些設施通常包含大量的輻射性廢物和放射性材料，因此需要采取特殊的安全措施來處理它們。傳統的拆解方法包括使用手工切割和機械切割工具進行操作，但這些方法存在許多限制。
使用水下切割工藝可以提高拆解的效率。水下切割設備可以進行連續工作，而不受工人暴露時間的限制。這可以減少工作時間，并降低拆解的成本。另外，水下切割工藝可以針對不同類型的材料進行切割，如金屬和混凝土等。水下切割可以減少輻射廢物的產生。水下環境可以吸收和屏蔽一部分輻射，從而減少輻射廢物的排放。水下切割設備可以進行準確的切割，大大限度地減少切割浪費和輻射污染。因此，水下切割可以減少廢物處理和處置的成本。
然而，水下切割工藝也存在一些限制。綜合水下環境，對切割設備和材料的要求較高。需要對水流和水壓進行適當的控制和調節，以確保水下切割的效果和安全性。
水下切割工程主要有水下切割鋼圍堰、水下切割鋼管樁、水下切割鋼筋籠、水下切割鋼護筒、水下切割灌注樁等。
中國研制意義
陸地資源日益匱乏，海洋資源開發日益受到人們的重視，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006--2020年)》明確將海洋資源高效開發利用、大型海洋工程技術與裝備等列為優先發展領域。被廣泛應用于水下施工制造、水下打撈與水下拆除等領域的水下焊接/切割技術，得到了前所未有的發展契機和空間。水下切割技術主要應用于水下沉船打撈、水下切割拆除、海洋結構拆除等方面。在沉船打撈工程中船體往往較大，吊裝難度大，需要使用水下切割技術進行切割拆解。施工時，切割長度往往可達數百米。中國一大批中國海洋石油集團有限公司平臺即將到達服役期限，其主體和水下柱樁及井口拆解需大量應用水下切割技術和裝備。幾十年來中國海洋石油廢棄平臺的切割作業都由國外幾家大的公司所壟斷，他們一般只提供服務不出售工具，且費用極其昂貴，如在南海1200m深的深水井口頭切割回收作業服務每日需要18萬美元。由此可見，水下切割技術和裝備在海洋工程中具有重要的作用。
參考資料 >
水下切割有哪些切割方法？.江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28
水下切割工藝是否可以在核能設施拆解中發揮作用?.江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28
水下切割正常切割的基本操作是什么?.江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28
水下切割要注意的六個要點是什么?.江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28
水下切割在船舶維修方面的應用狀況如何?.;江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28
水下切割.江蘇淼之漭水下工程有限公司.2023-09-28