專利名稱：一種水下柔性切割材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于水下柔性切割的金屬材料切割技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水下柔性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(diǎn)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)馇懈睢⑺卵?弧切割、金屬-電弧切割、水下機(jī)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(jī)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。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。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?，切割速度快，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柔性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)方案是一種水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟I、混料攪拌機(jī)將Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土鈰按以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉的配比混合均勻，并準(zhǔn)備好SPCC-SD型冷軋鋼帶，其化學(xué)成分為以重量百分比計，C^O. 15%,Mn^O. 60%, P ^ 0. 1%, S ^ 0. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；步驟2、通過多功能粉芯絲材成型機(jī)，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；步驟3、制備復(fù)合金屬帶，即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；步驟4、再將復(fù)合金屬帶纏繞在多根切割絲材上構(gòu)成切割材料外部的切割管材，所述切割絲材沿外部的切割管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)；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。
進(jìn)一步地，步驟3中，將鐵帶、銅帶、鐵帶按順序疊放，其厚度比例為3 : 2 : 3然后采用鍛壓方法制備而成。進(jìn)一步地，步驟3中的復(fù)合金屬帶為中間部分厚、邊緣部分薄的結(jié)構(gòu)；復(fù)合金屬帶纏繞過程中，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，從而使得纏繞切割絲材后形成的切割管材的外表面平滑。進(jìn)一步地，其特征在于步驟3中，鍍銅液成分為CuS04 40g/L, H2S04 30ml/L，鍍銅厚度為0. 1mm。進(jìn)一步地，切割管材能制成直管或制成彎管。進(jìn)一步地，制備絲材的速度為40-120m/min，校直速度約為5_22m/min。進(jìn)一步地，步驟4中，為了在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)，可先在中心位置處插入一根多余的切割絲材，在纏繞外部復(fù)合金屬帶后，再將中心位置多余的一根切割絲材抽出。進(jìn)一步地，步驟I中用F08鋼帶代替SPCC-SD型冷軋鋼帶，低碳鋼F08鋼帶化學(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)。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(jī)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柔性切割材料進(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)由于切割管材為復(fù)合金屬帶繞制而成，其可盤繞為捆狀，長度可擴(kuò)展為幾米或幾十米，在水下作業(yè)時候，可將盤繞的切割材料不斷送入切割槍，從而避免了頻繁更換切割材料帶來的不便。5)將切割材料制作為中空的結(jié)構(gòu)，能夠使得通入的燃?xì)饩鶆蚬┙o切割絲材，保證了燃燒過程的穩(wěn)定性，防止局部絲料燃燒過度帶來的不利影響。6)切割效率高，柔性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。7)切割對象范圍廣，水下柔性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。8)成本低，該水下柔性切割材料不需要復(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。9)復(fù)合金屬帶采用中間部分厚、邊緣部分薄的結(jié)構(gòu)，使得切割材料外表光滑，且不容易漏氣。


附圖I是水下柔性切割材料示意圖；附圖2是水下柔性切割材料的橫截面示意圖；附圖3是水下柔性切割系統(tǒng)的示意圖；附圖4是規(guī)格I的水下柔性切割材料的橫截面示意圖；附圖5是規(guī)格2的水下柔性切割材料的橫截面示意圖；附圖6是規(guī)格3的水下柔性切割材料的橫截面示意圖；附圖7是復(fù)合金屬帶的平面示意圖。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_24V蓄電池引弧電源；7-導(dǎo)線；8_銅引弧板；9_碳纖維消防氧氣瓶；10_切割工件；11_水下柔性切割材料；12_切割槍；13_氧氣氣路；
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明試驗發(fā)現(xiàn)，在水下柔性切割材料的切割絲材的制備過程中，制備絲材的速度為10-30m/min,如果制絲速度慢了，效率低,制絲速度快了，容易拉斷絲材。絲材校直在絲材校直機(jī)上進(jìn)行，校直速度約為5-22m/min ;如果校直速度慢了，校直效率低，校直速度快了，絲材校直達(dá)不到要求，影響與切割管材的裝配。另外，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%，CuO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%。
切割管材與切割絲材的裝配有尺寸配合要求，不然會造成切割管材與切割絲材燃燒的不同步，我們得出的規(guī)律是切割絲材的直徑與切割管材的壁厚之比范圍在2. I 3之間，燃燒同步性較好。這樣，采用不同規(guī)格的管材，內(nèi)裝直徑、根數(shù)不一樣的切割絲材，可以裝配成不同尺寸的柔性切割材料，進(jìn)行切割。下面是具體的幾種柔性切割材料的尺寸規(guī)格規(guī)格I :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0. 9mm ；內(nèi)徑5. 2mm,外徑7mm,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3根裝配在切割管材中。規(guī)格2 :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 :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8mm,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600_，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步驟I、混料攪拌機(jī)將Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土鈰按以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%,Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉的配比混合均勻，并準(zhǔn)備好SPCC-SD型冷軋鋼帶，其化學(xué)成分為以重量百分比計，C^O. 15%,Mn^O. 60%, P ^ 0. 1%, S ^ 0. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；步驟2、通過多功能粉芯絲材成型機(jī)，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；步驟3、制備復(fù)合金屬帶，即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；步驟4、再將復(fù)合金屬帶纏繞在多根切割絲材上構(gòu)成切割材料外部的切割管材，所述切割絲材沿外部的切割管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)。其中，在制備復(fù)合金屬帶時，將鐵帶、銅帶、鐵帶按順序疊放，其厚度比例為3:
2 3然后采用鍛壓方法制備而成；復(fù)合金屬帶為中間部分厚、邊緣部分薄的結(jié)構(gòu)；復(fù)合金屬帶纏繞過程中，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，從而使得纏繞切割絲材后形成的切割管材的外表面平滑。鍍銅液成分為CuS04 40g/L，H2S04 30ml/L，鍍銅層厚度為0. 1mm。通過該方法的切割管材能制成直管或制成彎管。另外，在步驟I中，可以用F08鋼帶代替SPCC-SD型冷軋鋼帶，低碳鋼F08鋼帶化學(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)。
步驟4中，為了在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)，可先在中心位置處插入一根多余的切割絲材，在纏繞外部復(fù)合金屬帶后，再將中心位置多余的一根切割絲材抽出。表I
權(quán)利要求
1.一種水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于 步驟I、混料攪拌機(jī)將Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土鈰按以重量百分比計，組成為Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土鈰I 7%，余量為Fe粉的配比混合均勻，并準(zhǔn)備好SPCC-SD型冷軋鋼帶，其化學(xué)成分為以重量百分比計，C彡O. 15%,Mn^O. 60%, P ^ O. I%, S ^ O. 025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)； 步驟2、通過多功能粉芯絲材成型機(jī)，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； 步驟3、制備復(fù)合金屬帶，即采用鍛壓工藝制備成厚度為O. 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； 步驟4、再將復(fù)合金屬帶纏繞在多根切割絲材上構(gòu)成切割材料外部的切割管材，所述切割絲材沿外部的切割管材內(nèi)壁均布，并在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)；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。
2.一種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟3中，將鐵帶、銅帶、鐵帶按順序疊放，其厚度比例為3 2 3然后采用鍛壓方法制備而成。
3.一種水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟3中的復(fù)合金屬帶為中間部分厚、邊緣部分薄的結(jié)構(gòu)；復(fù)合金屬帶纏繞過程中，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，從而使得纏繞切割絲材后形成的切割管材的外表面平滑。
4.一種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟3中，鍍銅液成分為=CuSO4 40g/L, H2S04 30ml/L，鍍銅厚度為O. 1mm。
5.一種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于切割管材能制成直管或制成彎管。
6.—種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于制備絲材的速度為40-120m/min,校直速度約為5_22m/min。
7.—種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟4中，為了在切割管材中心位置形成中空結(jié)構(gòu)，可先在中心位置處插入一根多余的切割絲材，在纏繞外部復(fù)合金屬帶后，再將中心位置多余的一根切割絲材抽出。
8.—種如權(quán)利要求I所述的水下柔性切割材料的制備方法，其特征在于步驟I中用F08鋼帶代替SPCC-SD型冷軋鋼帶，低碳鋼F08鋼帶化學(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 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)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水下柔性切割材料的制備方法，步驟1、混料攪拌機(jī)將Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土鈰制成粉芯材料，步驟2、通過多功能粉芯絲材成型機(jī)，采用多輥連續(xù)軋制和多道連續(xù)拔絲減徑方法制造得切割絲材；步驟3、制備復(fù)合金屬帶，即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；步驟4、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。該材料用于水下環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土的快速切割和拆裝，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、安全，操作簡單且成本低。
文檔編號B23K35/22GK102699553SQ20121000896
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