1．水下切割的分類
依據(jù)各種水下切割法的基本原理和切割狀態(tài)不同，大體上可將現(xiàn)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。
水下熱切割法是利用熱源對(duì)金屬進(jìn)行加熱，或在純氧氣中燃燒，使金屬熔化，并采取某種措施將熔化金屬或熔渣去除而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割、水下電弧切割、水下電弧-氧切割等。
熱切割法又可分為氧化切割法、熔化切割法及熔化-氧化切割法。氧化切割法是先利用火焰將待割金屬預(yù)熱到燃點(diǎn)，然后供氧氣使金屬燃燒，并吹掉熔渣而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割。熔化切割法是利用熱源將待割金屬熔化，靠熔化金屬自重或采取某種措施將熔化金屬及熔渣除掉而形成切口的切割方法，如水下等離子切割、熔化極氣體保護(hù)切割及熔化極水噴射切割等。熔化-氧化切割法是利用熱源對(duì)待割金屬預(yù)熱使其熔化，然后供氧使金屬燃燒，并將燃燒產(chǎn)生的熔渣及剩余的熔化金屬吹掉而形成切口的切割方法，如水下電弧-氧切割、熱割矛切割及熱割纜切割。
水下冷切割法是利用某種器具或某種高能量，在金屬處于固態(tài)情況下直接破壞分子間的結(jié)合而形成切口的切割方法，如水下機(jī)械切割法、水下高壓水切割法等。各種水下切割法的具體分類見(jiàn)表1。
表1 水下切割法的分類
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第一層次
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第二層次
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第三層次
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第四層次
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水下熱切割
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氧-火焰切割
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氣體燃燒
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乙炔火焰切割
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天然氣火焰切割
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合成燃?xì)饣鹧媲懈?/span>
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液體燃燒
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汽油火焰切割
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熔化切割
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電弧切割
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等離子弧切割
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－
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電弧鋸切割
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電弧-水射流切割
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噴水式碳弧切割
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熔化極水噴射切割
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鋁熱劑切割
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－
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電子束切割
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氧化物切割
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熔化-氧化切割
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熱割矛切割
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－
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熱割纜切割
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電弧-氧切割
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鋼管割條切割
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陶瓷管割條切割
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碳棒割條切割
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水下冷切割
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機(jī)械切割
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氣動(dòng)機(jī)械切割
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－
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電動(dòng)機(jī)械切割
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液壓機(jī)械切割
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爆炸切割
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炸藥爆炸切割
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－
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成形藥包爆炸切割
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高壓水射流切割
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－
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（1）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(chǎn)生的電弧使工件熔化，氧氣從電極孔中吹出，使熱態(tài)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。
（2）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(lái)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方式首先在鎢極和噴嘴之間引燃引導(dǎo)電�。葱』。�，然后再轉(zhuǎn)移過(guò)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(zhuǎn)移弧形式的。
（3）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(chǎn)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。
（4）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(yù)熱到燃燒點(diǎn)，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(guò)程如下。
① 點(diǎn)燃預(yù)熱火焰 先將預(yù)熱火焰在空氣中點(diǎn)燃，然后由潛水員將燃著火焰的割炬帶到工位來(lái)進(jìn)行切割。但由于水對(duì)火焰冷卻作用很大，火焰容易熄滅，尤其是深水作業(yè)時(shí)，火焰的點(diǎn)燃成功率很低，可采用點(diǎn)火器在工位上來(lái)點(diǎn)燃。
② 預(yù)熱起割處 用預(yù)熱火焰將起割處預(yù)熱到燃點(diǎn)。由于水的冷卻作用，預(yù)熱時(shí)要比陸上困難得多。
③ 供氧切割 當(dāng)起割處溫度達(dá)到燃點(diǎn)后，供給高壓氧氣使金屬燃燒，并次掉生成的熔渣。金屬燃燒產(chǎn)生的熱量及預(yù)熱火焰繼續(xù)預(yù)熱下層金屬，使其繼續(xù)燃燒，最終將工件割穿。隨著割炬的移動(dòng)，工件被割開(kāi)。
（5）熱割矛切割
熱割矛是一根裝滿鋼絲的鋼管，當(dāng)從外部對(duì)鋼管出氣端預(yù)熱并使其達(dá)到燃點(diǎn)時(shí)，將氧氣從鋼管內(nèi)的鋼絲間吹出，鋼管及鋼絲開(kāi)始燃燒放出大量的熱量，從而使工件熔化而達(dá)到切割的目的。熱割矛放出的熱量及通過(guò)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-氧化過(guò)程。但與水下電弧-氧切割不同的是：熱割矛是以本身氧化產(chǎn)生的熱量起主導(dǎo)作用，而水下電弧-氧切割是以氧化金屬為主。
（6）熱割纜切割
熱割纜是用細(xì)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(yù)熱到燃點(diǎn)，然后供氧氣使熱割纜燃燒，放出的熱量使工件熔化，從而達(dá)到切割目的。
（7）水下成形藥包爆炸切割
該地用的成形藥包是裝在軟質(zhì)金屬（如銅、鋁及鉛等）外殼內(nèi)的、成分經(jīng)特別配制的一種炸藥（如RDX等）。藥包的斷面通常呈倒V形（如圖2所示）。水下成形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(dāng)炸藥起爆、爆炸波將金屬外殼破壞時(shí)，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。
與一般炸藥爆炸相比，成形藥包爆炸切割具有以下優(yōu)點(diǎn)：
① 能切割出相對(duì)精確的切口；
② 由于定向爆炸，故破壞鄰近構(gòu)件的危險(xiǎn)性較小。
該水下切割可對(duì)板材進(jìn)行直線切割、穿孔以及標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的斷面（如切割管子、鋼纜等）。
（8）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(dá)到切割目的。該切割法屬于冷切割，切割過(guò)程中無(wú)熱影響，不會(huì)造成工件切口附近材料金相組織變化，也不會(huì)產(chǎn)生熱變形。另外，切口質(zhì)量良好，并能切割三維曲形工件。
（9）水下機(jī)械切割
水下機(jī)械切割的有的原理與陸上的機(jī)械切割一樣，也是采用鋸、磨、刨、銑等方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割，切割速度比熱切割慢得多，但切口質(zhì)量和精度很高，可按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)工件進(jìn)行精確加工。
2． 水下切割的特點(diǎn)
不同的水下切割法有不同的技術(shù)要求、切割速度、應(yīng)用水深等，每一種水下切割法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，各種水下切割法的比較見(jiàn)表2。
表2 各種水下切割法的比較
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切割方法
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現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)
深度/m
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優(yōu) 點(diǎn)
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限 度
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氧-乙炔
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13
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火焰溫度較氧-氫為高
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超過(guò)2×105Pa，乙炔燃燒就不穩(wěn)定
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氧-氫
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100
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具有最佳蒸氧壓的可燃?xì)怏w，火焰容易維持，設(shè)備輕便
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切割速度較低
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氧-丙烷、丙二烯
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1
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對(duì)噴嘴到工件之間距離的敏感性很小
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火焰溫度較氧-氫為低，裝卸困難
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氧-汽油
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100
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在壓力下液體燃料易于保存
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在點(diǎn)燃前需要加熱器使燃料汽化
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電弧-氧/鋼管割條
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180
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設(shè)備簡(jiǎn)易輕便，操作技術(shù)要求不高
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需要經(jīng)常更換割條，切口表面粗糙
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電弧-氧/陶瓷管割條
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120
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設(shè)備簡(jiǎn)單，操作技術(shù)要求不高，割條輕
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割條較脆，較鋼管割條的割速為慢
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手工金屬電弧
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60
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與濕法手工電弧焊的設(shè)備相同
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技術(shù)要求很高，切割速度慢
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爆炸(爆破炸藥)
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－
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設(shè)備簡(jiǎn)易，可遠(yuǎn)距離操縱
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切口很粗糙，對(duì)臨近構(gòu)件有危害
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爆炸(成型裝藥)
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90
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設(shè)備簡(jiǎn)易，切割速度快，對(duì)技術(shù)要求很低
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限于簡(jiǎn)單的幾何形狀，對(duì)臨近構(gòu)件也會(huì)有影響
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機(jī)械
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180
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能精確加工，可機(jī)械化，易于操作
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限于簡(jiǎn)單的幾何形狀，切割速度很慢
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等離子弧(轉(zhuǎn)移弧)
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4
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高速，精確，切口干凈，不需要更換割條
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使用高電壓，對(duì)手工操作造成威脅
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等離子弧(非轉(zhuǎn)移弧)
|
－
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－
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需要大功率
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熱割矛
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60
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設(shè)備簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)單，幾乎能切割所有的東西
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切口很粗糙，有“蒸氣爆炸”的危險(xiǎn)
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熔化極水噴射
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54
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設(shè)備和熔化極都簡(jiǎn)單，能機(jī)構(gòu)化開(kāi)坡口
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要求可見(jiàn)度高
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鋁熱劑
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－
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設(shè)備簡(jiǎn)單
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割縫粗糙
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高壓水
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－
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切口質(zhì)量高，無(wú)熱影響區(qū)，能切割三維曲形工件
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設(shè)備成本高，切割速度低，切割精度與機(jī)械切割相比較差
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目前應(yīng)用最廣的水下切割法是鋼管割條水下電弧-氧切割。該切割法操作方便、靈活，設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，用來(lái)切割厚度不超過(guò)40mm的鋼板，操作技術(shù)容易掌握，是實(shí)際應(yīng)用最廣泛、應(yīng)用水深最大的一種水下切割方法。但需要頻繁地更換割條，影響切割效率，切口也較粗糙。
切割速度比較快的是熔化極水噴射切割法及水下等離子弧切割法。這兩種切割法切割效率高，切口質(zhì)量也比較好，不加修整或稍加修整就可以進(jìn)行水下焊接。但水下等離子弧切割與在大氣中切割相比，存在以下問(wèn)題。
① 要求的電弧功率較大。水中切割時(shí)存在水壓的阻力，使等離子弧的穩(wěn)定性變差、弧長(zhǎng)縮短、電弧吹力減弱、有效熱能降低，再加上水對(duì)工件的冷卻作用，因此在切割同等板厚時(shí)需要提高電弧功率。
② 要求的電源空載電壓和高頻引弧功率較大。在水中為引燃“小弧”，需先用較大流量的氣流把噴嘴周圍的水排除。在這種氣流中引弧，必須增大高頻引弧裝置的電源功率和提高電源的空載電壓。
③ 在水中能見(jiàn)度低，對(duì)切割情況不易觀察，給操作帶來(lái)一定的困難。
我國(guó)于20世紀(jì)70年代末引進(jìn)了熔化極水噴射水下切割技術(shù)，研制了切割設(shè)備。在淺水及56m水深對(duì)12mm厚的低碳鋼板進(jìn)行切割，切割速度越過(guò)20m/h。熔化極水噴射水下切割的最大切割能力可達(dá)40mm。
但水下作業(yè)的安全性較電弧-氧切割差，尤其是水下等離子弧切割，使用的電壓高達(dá)180V，這對(duì)水下作業(yè)人員有很大的危險(xiǎn)性。切割速度最快的是聚能爆炸切割，適用于幾何形狀簡(jiǎn)單的工件水下切割，如水下管道、水下金屬樁和柱等結(jié)構(gòu)。如能很好地控制炸藥用量并掌握好爆炸方向，可以大大減少對(duì)臨近結(jié)構(gòu)的威脅。
水下氧-火焰切割和機(jī)械切割，切割速度雖然很慢，但它是修整焊接坡口的最好的水下切割方法。水下氧-火焰割炬的割嘴上帶有一個(gè)空氣噴嘴，高壓空氣從噴嘴中噴出，在火焰周圍形成一個(gè)“氣簾”，將火焰與水分開(kāi)，這樣既確保了火焰燃燒的穩(wěn)定性，又提高了火焰的預(yù)熱效果，同時(shí)也增大了從噴嘴到待切割工件間距離的變化范圍，便于操作。水下機(jī)械切割機(jī)一般有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種。液壓驅(qū)動(dòng)的切割機(jī)在同樣的液壓下，隨著水深的增加，供給切割機(jī)的功率相應(yīng)降低，即驅(qū)動(dòng)功率受到水深的限制。氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)的切割機(jī)相似，如能將排氣管道與大氣相通，則可消除反沖壓力作用，從而提高切割效率。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)切割機(jī)不受水深的限制，理論上可應(yīng)用到水下幾百米深度切割。
水下切割法的實(shí)際采用受水深的限制，表3列出水深對(duì)各種水下切割法可行性的影響。
表3 水深對(duì)各種水下切割法可行性的影響
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切 割 方 法
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注 釋
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切割方法
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注 釋
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氧-碳?xì)?/span>
化合物
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70％丙烷
30％丁烷
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碳?xì)浠衔?/span>
液化的極限
深度
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16.5m(4℃)
21.3m(10℃)
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金屬電弧
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電弧的長(zhǎng)度取決于周圍的壓力及電壓，極限深度尚不清楚。在30m深、電壓50V以及在200m深、電壓100V時(shí)的電弧長(zhǎng)度是5mm
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丙烷、乙烷
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44m(4℃)
54m(10℃)
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乙炔
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255m(4℃)
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甲烷
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179m(0℃)
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丙烷、丙二烯
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35m(0℃)
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氫-氧，氫
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氫化的極限
深度
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1400m
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機(jī)械切割(氣
動(dòng)，液動(dòng)，
電動(dòng))
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由于高壓氣體管路搬運(yùn)問(wèn)題，極限深度為30m
用水面上液壓裝置時(shí)，極限深度是45m
水面上供電和水下液壓泵及驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，基本不受深度的限制
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氧-弧，氧
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熱割矛
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等離子弧
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氮
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離子氣液化
的極限深度①
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5090m
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氬
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3750m
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氫
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1400m
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① 等離子氣是真正液化，而是在這個(gè)深度時(shí)，氣體密度接近于其液態(tài)密度。
3．水下切割的應(yīng)用范圍
水下氧-火焰切割法通常適用于切割低碳鋼、低合金鋼等易氧化的材料，不適用于切割不銹鋼及除鈦以外的有色金屬，最適宜切割的厚度范圍為10～40mm。切割薄板比較困難，因?yàn)楸“逶谒械睦鋮s速度比厚板快得多，難以預(yù)熱到燃點(diǎn)。板厚超過(guò)40mm時(shí)，雖然也能切割，但操作技術(shù)要求較高。
藥皮焊條切割雖然切口質(zhì)量較差，但應(yīng)用廣泛。既可切割低碳鋼及低合金鋼，也可切割不銹鋼及有色金屬，尤其適合于切割6mm以下的薄板。切割厚板時(shí)困難一些，需要采用拉鋸的操作方式使焊條在切口內(nèi)來(lái)回拉鋸，以便將熔化金屬除掉。熔化極水噴射切割是一金屬純?nèi)刍^(guò)程，可用于切割黑色金屬和有色金屬。
等離子弧能量密度高，水下等離子弧切割法適合于切割所有的金屬材料，也可以切割某些非金屬材料。各種水下切割法的應(yīng)用見(jiàn)表4。
表4 各種水下切割法的應(yīng)用
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切割方法
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應(yīng) 用
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氧-乙炔
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－
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氧-氫
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厚度達(dá)40mm的鐵素體材料，維修切割達(dá)300mm厚，但有困難
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氧-丙烷，丙二烯
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－
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氧-汽油
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厚度達(dá)40mm的鐵素體材料，維修切割達(dá)300mm厚，但有困難
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電弧-氧/鋼管割條
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厚度達(dá)40mm的鐵素體材料，能夠切割得更厚一些，但有困難
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電弧-氧/陶瓷管割條
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厚度達(dá)40mm的鐵素體材料，能夠切割得更厚一些，但有困難
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手工金屬電弧
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鑄鐵、奧氏體鋼和非鐵材料
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爆炸（爆破炸藥）
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沉船
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爆炸（成型裝藥）
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切割管道、電纜工字鋼，割孔等，切割厚度達(dá)100mm
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機(jī)械
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管子開(kāi)坡口，斜切管道
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等離子弧（轉(zhuǎn)移�。�
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厚度達(dá)75mm的所有的金屬材料，表面割槽和開(kāi)坡口
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等離子�。ǚ寝D(zhuǎn)移弧）
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非金屬
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熱割矛
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大斷面金屬混凝土
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熔化極水噴射
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厚度達(dá)60mm的所有金屬
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鋁熱劑
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切割溫度約3500℃，能燒穿鋼、礁石及混凝土
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高壓水
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各種材料
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