专利名称：一种水下手工快速切割材料的制备方法
技术领域：
本发明属于用于水下手工快速切割的金属材料切割技术领域，涉及一种手工水下快速切割材料及其制备方法。
背景技术：
21世纪是海洋的世纪，随着海洋的开发，大量的海上建筑被建造，同时，也必将造成大量的废旧码头、废弃钻井平台等水下建筑需要被拆除，为航海清除障碍。而这些水下建筑破障的难点在于水下部分结构只能在水下拆除，而且这些水下建筑具有钢筋混凝土结构，也增加了拆除的难度。现在，拆除水下金属结构和钢筋混凝土结构主要采用水下切割技术，目前常用的水下切割技术有氧-可燃气切割、水下氧-弧切割、金属-电弧切割、水下机械切割、水射流切割、水下等离子切割、爆炸切割等。氧-可燃气切割不适宜于切割耐腐蚀钢、不锈钢、铸铁和除钛以外的有色金属，水下氧-弧切割、金属-电弧切割、水下机械切割、水射流切割、水下等离子切割都需要带电作业，存在安全隐患，而且水射流切割、水下等离子切割所需要的设备较为复杂，设备造价昂贵、庞大不易便携，而爆炸切割危险性较大。专利申请CN201010536018. 5公开了一种手工快速切割材料，一种手工快速切割材料，其特征在于由外部的切割管材和内部的多根切割丝材组成的中空管状结构，其中所述切割管材是采用锻压工艺制备而成的钢管，钢管内外采用电镀工艺各镀有0. Imm厚的镀铜层；所述切割丝材长度与切割管材相同，由外皮和粉芯组成，所述外皮为低碳钢08F钢带，其化学组成为以重量百分比计，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%，其余为铁和不可避免的杂质；所述粉芯以重量百分比计，组成为CuO粉2 8%,稀土铺0. 4 2%,余量为铁粉。但是，该手工快速切割材料的粉芯组分及组分含量只适合在空气中进行切割，其放热合金CuO和Fe在氧气中燃烧放出的热量远远不够支持切割材料在水中持续不断的燃烧,从而无法满足其在水下进行切割。因此，亟需在研究电弧引燃放热合金材料产生高能量原理的基础上，开发一种无需切割燃气和切割电源，切割速度快，安全，携带方便、操作简单且成本低的水下切割材料，用于水下环境钢结构及钢筋混凝土的快速切割和拆装。
发明内容
本发明针对现有各种水下切割技术的缺陷，利用放热材料在氧气中的燃烧特性，提供一种无需切割燃气和切割电源，切割效率高，切割对象范围广，携带方便、安全，操作简单且成本低的水下手工快速切割材料及其制备方法，用于水下金属和钢筋混凝土的快速切割和破解。本发明的技术方案是一种水下手工快速切割材料的制备方法，其特征在于 步骤I、混料搅拌机将Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土铈按以重量百分比计，组成为Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土铈I 7%，余量为Fe粉的配比混合均匀；准备好钢带和铝带，所述钢带为SPCC-SD型冷轧钢带，其化学成分为以重量百分比计，C彡0. 15%, Mn ( 0. 60%, P ^ 0. 1%, S ^ 0. 025%，其余为铁和不可避免的杂质；步骤2、通过多功能粉芯丝材成型机，利用钢带和铝带，采用多辊连续轧制和多道连续拔丝减径方法制造，经过裁带、轧带、填粉、封口、拔丝、校直和剪切工序，分别制得利用钢带和铝带包覆的切割丝材；步骤3、采用锻压工艺制备而成的钢管作为外部的切割管材，钢管内外采用电镀工艺各镀有0. Imm厚的镀铜层；将聚乙烯胶带缠绕在切割管材外侧或将环氧树脂涂敷在切割管材外侧而形成具有绝缘和防水功能绝缘层；步骤4、将多根切割丝材装配至所述切割管材内腔并形成空中结构，形成水下手工快速切割材料。
进一步地，制备丝材的速度为40-120m/min，校直速度约为5_22m/min。进一步地，步骤4中，为了在切割管材中心位置形成中空结构，可先在中心位置处插入一根多余的切割丝材，在缠绕外部复合金属带后，再将中心位置多余的一根切割丝材抽出。进一步地，步骤I中用F08钢带代替SPCC-SD型冷轧钢带，低碳钢F08钢带化学组成为以重量百分比计，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%，其余为铁和不可避免的杂质。本发明的有益效果是I)便携性，整个系统主要有引弧电源、工业氧气瓶、切割枪等，切割过程中，蓄电池引弧电源、工业氧气瓶处在水面以上，操作人员只需要携带切割枪和切割材料在水下工作，单人就可以携带，不必像机械切割、等离子切割等需要复杂笨重的设备；2)不需要切割电源和切割燃气，只需要在水下引燃切割材料就可以断开引弧电源，借助氧气助燃作用，利用切割材料燃烧自身放出的热量支持水下手工快速切割材料进一步持续燃烧对工件进行切割，不需要切割电源和切割燃气；3)安全性高，该方法在切割过程中不需要切割电源，所用的引弧电源也为24V的蓄电池，在水下不会对操作人员造成危害，安全性高；4)切割效率高，手工快速切割材料燃烧可以达到5000°C以上的高温，切割效率是氧-可燃气体切割的8-20倍，具有较高的切割速度，切割效率高。5)切割对象范围广，水下手工快速切割材料是利用材料燃烧本身放出的热量支持切割材料进一步持续燃烧，因此，不像氧-乙炔火焰那样受所切割对象材料成分的限制，可以切割所有金属材料，也可以切割混凝土、砖或岩石等非金属材料，切割对象范围广。6)成本低，该水下手工快速切割材料不需要复杂的设备，所用的材料成分主要为铁，因此，制造成本较低。7)将切割材料制作为中空的结构，能够使得通入的燃气均匀供给切割丝材，保证了燃烧过程的稳定性，防止局部丝料燃烧过度带来的不利影响。
附图I是水下手工快速切割材料示意图；附图2是水下手工快速切割材料的横截面示意图；附图3是水下手工快速切割系统的示意图；附图4是规格I的水下手工快速切割材料的横截面示意图；附图5是规格2的水下手工快速切割材料的横截面示意图；附图6是规格3的水下手工快速切割材料的横截面示意图。其中，I-切割管材；2_切割丝材；3_丝材外皮；4_绝缘层；5_闸刀开关；6_24V蓄电池引弧电源；7-导线；8_铜引弧板；9_碳纤维消防氧气瓶；10_切割工件；11_水下手工快速切割材料；12_切割枪；13_氧气气路。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明试验发现，在水下手工快速切割材料的切割丝材的制备过程中，制备丝材的速度为40-120m/min，如果制丝速度慢了，效率低，制丝速度快了，容易拉断丝材。丝材校直在丝材校直机上进行，校直速度约为5-22m/min ;如果校直速度慢了，校直效率低，校直速度快了，丝材校直达不到要求，影响与切割管材的装配。另外，本发明中切割丝材中Cu2O粉和CuO粉的加入，是为了利用Cu2O粉和CuO粉与铝、铁反应放出大量热量，支持在水下切割的顺利进行。当Cu2O粉重量百分比小于3%，CuO粉重量百分比小于5%时，放出的热量少，切割速度较小，而当Cu2O粉重量百分比大于20%，CuO粉重量百分比大于25%时，反应剧烈，燃烧速度过快，不容易控制。Cu2O粉和CuO粉的同时加入可以使得反应过程平稳、持续，水下切割过程也比较平稳。Al粉的加入是因为铝与Cu2O粉和CuO粉反应放出大量热量，其含量范围是由Cu2O粉和CuO粉的含量决定的。稀土铈的加入可以提高切割材料的燃烧效率，促进切割材料在氧气中充分燃烧。当稀土铈重量百分比小于1%时，对燃烧效率的提高作用很小，在I 7%范围内，随着稀土铈重量比的增大，对燃烧效率的提高也越来越大，但超过7 %，对燃烧效率的提高与7 %的相比变化不大，而稀土铈价格较高，为了节约成本，选为I 7 %。切割管材与切割丝材的装配有尺寸配合要求，不然会造成切割管材与切割丝材燃烧的不同步，我们得出的规律是切割丝材的直径与切割管材的壁厚之比范围在2. I 3之间，燃烧同步性较好。这样，采用不同规格的管材，内装直径、根数不一样的切割丝材，可以装配成不同尺寸的手工快速切割材料，进行切割。下面是具体的几种手工快速切割材料的尺寸规格规格I :选用壁厚约0. 7mm的锻压无缝钢管，再采用电镀工艺，在其内外两侧镀上约厚0. Imm的镀铜层。管材总的壁厚约为0. 9mm ;内径5. 2mm,外径7mm,制备的切割管材长约为600mm。切割丝材直径为2. 4mm,长约为600mm，共3根装配在切割管材中。规格2 :选用壁厚约0. 8mm的锻压无缝钢管，再采用电镀工艺，在其内外两侧镀上约厚0. Imm的镀铜层。管材总的壁厚约为Imm ;内径6. 6mm,外径8. 6mm,制备的切割管材长约为600mm。切割丝材直径为2. 4mm,长约为600mm，共5根装配在切割管材中。
规格3 :选用壁厚约0. 8mm的锻压无缝钢管，再采用电镀工艺，在其内外两侧镀上约厚0. Imm的镀铜层。管材总的壁厚约为Imm ;内径8臟,外径IOmm,制备的切割管材长约为 600mm。切割丝材直径为2. 4mm,长约为600_，共7根装配在切割管材中。经过试验研究发现，所述切割丝材的直径与切割管材的壁厚之比范围在2. I 3，可达到较好的燃烧效果。根据工程应用的不同需求，可以采用不同的重量百分比粉芯加工切割材料，例如实施例I步骤I、混料搅拌机将Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土铈按以重量百分比计，组 成为Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25%，Al粉2 10%，稀土铈I 7%，余量为Fe粉的 配比混合均匀；准备好钢带和铝带，所述钢带为SPCC-SD型冷轧钢带，其化学成分为以重量百分比计，C彡0. 15%, Mn ( 0. 60%, P ^ 0. 1%, S ^ 0. 025%，其余为铁和不可避免的杂质；步骤2、通过多功能粉芯丝材成型机，利用钢带和铝带，采用多辊连续轧制和多道连续拔丝减径方法制造，经过裁带、轧带、填粉、封口、拔丝、校直和剪切工序，分别制得利用钢带和铝带包覆的切割丝材；步骤3、采用锻压工艺制备而成的钢管作为外部的切割管材，钢管内外采用电镀工艺各镀有0. Imm厚的镀铜层；将聚乙烯胶带缠绕在切割管材外侧或将环氧树脂涂敷在切割管材外侧而形成具有绝缘和防水功能绝缘层；步骤4、将多根切割丝材装配至所述切割管材内腔并形成空中结构，形成水下手工快速切割材料。其中，将3根切割丝材装配至所述切割管材内腔中，形成水下手工快速切割材料，其中，两根为低碳钢外皮，一根为铝外皮。另外，为了在切割管材中心位置形成中空结构，可先在中心位置处插入一根多余的切割丝材，在缠绕外部复合金属带后，再将中心位置多余的一根切割丝材抽出。根据需要，也可以用F08钢带代替SPCC-SD型冷轧钢带，F08钢带化学组成为以重量百分比计，C 0. 05% 0. 11%，Si 彡 0. 03%, Mn 0. 25% 0. 50%, P 彡 0. 035%,S^O. 035%, Ni ( 0. 25%, Cr ( 0. 10%，其余为铁和不可避免的杂质。表I
粉芯成分重量百分比％
Cu2O 粉 3%
CuO 粉5%
铝粉10%
手布土铺 I %
权利要求
1.一种水下手工快速切割材料的制备方法，其特征在于 步骤I、混料搅拌机将Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土铈按以重量百分比计，组成为Cu2O粉3 20%，CuO粉5 25% ,Al粉2 10%，稀土铈I 7%，余量为Fe粉的配比混合均匀；准备好钢带和铝带，所述钢带为SPCC-SD型冷轧钢带，其化学成分为以重量百分比计，C≤O. 15%, Mn ≤ O. 60%, P≤ O. 1%, ≤ O. 025%，其余为铁和不可避免的杂质； 步骤2、通过多功能粉芯丝材成型机，利用SPCC-SD型冷轧钢带和铝带，采用多辊连续轧制和多道连续拔丝减径方法制造，经过裁带、轧带、填粉、封口、拔丝、校直和剪切工序，分别制得利用低碳钢带和铝带包覆的切割丝材； 步骤3、采用锻压工艺制备而成的钢管作为外部的切割管材，钢管内外采用电镀工艺各镀有O. Imm厚的镀铜层；将聚乙烯胶带缠绕在切割管材外侧或将环氧树脂涂敷在切割管材外侧而形成具有绝缘和防水功能绝缘层； 步骤4、将多根切割丝材装配至所述切割管材内腔并形成空中结构，形成水下手工快速切割材料。
2.一种如权利要求I所述的水下手工快速切割材料的制备方法，其特征在于制备丝材的速度为40-120m/min，校直速度约为5_22m/min。
3.—种如权利要求I所述的水下手工快速切割材料的制备方法，其特征在于步骤4中，为了在切割管材中心位置形成中空结构，可先在中心位置处插入一根多余的切割丝材，在缠绕外部复合金属带后，再将中心位置多余的一根切割丝材抽出。
4.一种如权利要求I所述的水下手工快速切割材料的制备方法，其特征在于步骤I中用F08钢带代替SPCC-SD型冷轧钢带，低碳钢F08钢带化学组成为以重量百分比计，C O. 05% O. 11%, Si ≤ O. 03%, Mn O. 25% O. 50%, P ≤O. 035%, S ≤ O. 035%,Ni ≤ O. 25%, Cr ≤ O. 10%，其余为铁和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明公开了一种水下手工快速切割材料的制备方法，步骤1、混料搅拌机将Al粉、Fe粉、Cu2O粉、CuO粉和稀土铈按以重量百分比计，组成为Cu2O粉3～20％，CuO粉5～25％，Al粉2～10％，稀土铈1～7％，余量为Fe粉的配比混合均匀；步骤2、采用多辊连续轧制和多道连续拔丝减径方法制造，经过裁带、轧带、填粉、封口、拔丝、校直和剪切工序，即得切割丝材；步骤3、采用锻压工艺制备而成的钢管作为外部的切割管材；步骤4、将多根切割丝材装配至所述切割管材内腔中，形成水下手工快速切割材料。该材料用于水下环境钢结构及钢筋混凝土的快速切割和拆装，无需切割燃气和切割电源，切割效率高，切割对象范围广，携带方便、安全，操作简单且成本低。
文档编号B23P15/00GK102699559SQ20121000896
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者柳吉兰, 衣衍亮 申请人:柳吉兰