表面预处理对水下药芯电弧切割的影响(附件)【字数：10767】
摘 要摘 要开发和利用海洋资源是解决人类自然资源危机的有效手段，水下施工技术的进步推动着人类海洋开发的前进步伐。近年来我国水下焊接技术得到了飞速发展，研发及施工应用都有了较大的提高，然而同等重要的水下切割技术却未得到明显的进步，亟需发展。本文提出了一种利用产热带促进切割的新型水下药芯电弧切割技术。此次实验进行了水下药芯电弧切割工艺实验，研究了水下药芯电弧切割的工艺参数及产热带对割口成形的影响；分析了割口热影响区的显微组织及显微硬度；对比了国内自制割丝与国外进口割丝在相同实验条件下切割电流的稳定性。实验结果表明影响切割质量的主要因素是由切割电流、电弧电压以及切割速度三者的合理搭配与优化决定的；在其他切割参数一定时，随着切割速度的增加，钢板会出现一系列切割缺陷；使用国内自制割丝配合自主研发的产热带获得的切割质量优于国外进口割丝。关键词水下药芯电弧切割；表面处理；割口显微组织；割口显微硬度
目录
第一章 绪论 1
1.1 本课题的研究背景 1
1.2 水下切割技术的特点 1
1.3 水下切割技术的分类 2
1.3.1 水下氧火焰切割技术 3
1.3.2 水下电弧氧切割技术 4
1.3.3 水下等离子弧切割 4
1.3.4 熔化极水射流切割 5
1.3.5 热割矛水下切割 5
1.3.6 V型聚能容器爆炸切割 5
1.3.7 高压水射流切割 6
1.3.8 水下机械切割 6
1.4 水下药芯电弧切割 6
1.4.1 水下药芯电弧切割过程 7
1.4.2 水下药芯电弧切割特性 7
1.4.3 水下电弧稳定性研究 8
1.4.4 水下切割药芯割丝 9
1.5 研究内容 10
第二章 实验设备及方法 11
2.1 水下药芯电弧切割设备 11
2.1.1 送丝机系统 12
2.1.2 割炬与导电嘴 12
2.1.3 实验水槽 13
2.2 水下药芯电弧切割实验方法 13
2.2.1 水下切割实验材料 13
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2.2 水下切割实验 14
2.2.3 水下切割质量分析 15
第三章 结果与分析 16
3.1 割口宏观形貌分析 16
3.1.1 国外进口割丝水中不同切割速度割口宏观形貌 16
3.1.2国内自制割丝水中不同切割速度割口宏观形貌 17
3.1.3 表面预处理对切割效果的影响 18
3.2 割口显微组织分析 20
3.2.1 不同切割速度下显微组织 20
3.2.2表面预处理对显微组织的影响 22
3.2.3 不同切割环境下的显微组织 23
3.2.4 割口显微硬度 25
3.3 切割电流分析 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景
在水下破坏金属结构，将金属分割的工艺方法，称为金属水下切割法，简称水下切割技术。
水下切割技术在20世纪初就已经着眼于实际生产，进而得到逐渐发展。近年来，伴随着海洋事业的蓬勃发展，水下切割已经成为了海洋工程结构中不可或缺的工艺手段。当前，许多国家对水下切割技术的发展研究给予了很高的重视并进行了充分的实验研究。一些安全可靠性、切割效率较高的切割方法与设备也随之诞生。
我国的水下切割技术起点较低、发展较晚。上世纪50年代，水下电氧切割技术与水下手工电弧焊一起从国外被引进。60年代初，我国自主研发了专用水下割丝——特304并被沿用至今。70年代末，上海交通大学等单位研发了熔化极水喷射切割技术。另外，郑州机械研究所研究的水下等离子弧切割、华东工学院等单位研究的聚能爆炸切割都已用于生产[1]。目前，我国水下切割技术水平整体还是不弱于他国的。然而在实际应用上，除了水下电氧切割外，大都是一次性使用，掌握这些新技术的人才尚不足，没有形成较强的施工力量。而某些方法仍存在着许多技术难关去攻克，为了将这些新技术早日应用于实际生产中，更加深入细化的研究是不可避免的。
1.2 水下切割技术的特点
水下切割与陆地作业最大的区别在于工作环境的介质不同。水相比于空气，过于良好的导热率以及水压的存在，都会对电弧的稳定存在产生负面影响。因此空气中对应的切割理论与方法并不适用于水下切割，需要为此专门作出相关的研究与探索。目前采用的大部分水下切割工艺是使用水下热切割方法，是如今实际作业中应用比例最大的一种切割方法。在实际应用中进行水下切割时，热量快速散失这一特点必须作为一个重要的考虑因素。另外，水的热容积和热传导率都要远远大于空气，因此在同等热源的加热下，物体在水中的升温速率会远远小于空气，相对的冷却速率却会远远大于空气。因此，随着加热工件与水直接接触的表面积增加，温度差异就越大，热损耗也就越大。为了补偿被消耗的大量的热量，使金属能够在水中迅速地燃烧，切割热源应该具有很高的温度和能量密度[2]。
水下热切割工艺的优点是切割效率较高，并且所需要的设备易懂且易于操作，生产所需的成本较低。然而缺点是高度集中的热源会对工件会造成一系列危害性的热变形及热缺陷，导致割口质量下降，割口横截面较为粗糙。此外水下热切割过程中高压高热的工作环境会对水下作业人员的生命安全产生威胁。
水下冷切割工艺的优点是切割过程中噪音小，不会产生毒有害的气体，粉尘、绿色环保，潜水人员的劳动条件得到改善。因为不需要热量来熔化工件，所以不会对工件造成热缺陷及热应力。然而其缺点是切割效率低、耗时长久，单位时间内切割的长度短，并且切割所需投入的资金庞大[3]。
1.3 水下切割技术的分类
水下切割技术可以总结出两大类别：分别为水下热切割技术以及水下冷切割技术。具体分类如图11所示[4]。
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图11 水下切割技术的分类
在水面下通过热切割技术作业的基本思路是：
①产热熔化：采用某一特定产热源使得被切割部分的金属达到熔点，进而熔化成液态；或者将被加热的金属放置在纯净的氧气中氧化燃烧。
②去除熔融金属及金属氧化物：利用熔化成液态的金属自重来被动脱离割口或者使用气流、水流的喷射压力主动去除熔融金属、熔渣。
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第一章 绪论 1
1.1 本课题的研究背景 1
1.2 水下切割技术的特点 1
1.3 水下切割技术的分类 2
1.3.1 水下氧火焰切割技术 3
1.3.2 水下电弧氧切割技术 4
1.3.3 水下等离子弧切割 4
1.3.4 熔化极水射流切割 5
1.3.5 热割矛水下切割 5
1.3.6 V型聚能容器爆炸切割 5
1.3.7 高压水射流切割 6
1.3.8 水下机械切割 6
1.4 水下药芯电弧切割 6
1.4.1 水下药芯电弧切割过程 7
1.4.2 水下药芯电弧切割特性 7
1.4.3 水下电弧稳定性研究 8
1.4.4 水下切割药芯割丝 9
1.5 研究内容 10
第二章 实验设备及方法 11
2.1 水下药芯电弧切割设备 11
2.1.1 送丝机系统 12
2.1.2 割炬与导电嘴 12
2.1.3 实验水槽 13
2.2 水下药芯电弧切割实验方法 13
2.2.1 水下切割实验材料 13
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.2.2 水下切割实验 14
2.2.3 水下切割质量分析 15
第三章 结果与分析 16
3.1 割口宏观形貌分析 16
3.1.1 国外进口割丝水中不同切割速度割口宏观形貌 16
3.1.2国内自制割丝水中不同切割速度割口宏观形貌 17
3.1.3 表面预处理对切割效果的影响 18
3.2 割口显微组织分析 20
3.2.1 不同切割速度下显微组织 20
3.2.2表面预处理对显微组织的影响 22
3.2.3 不同切割环境下的显微组织 23
3.2.4 割口显微硬度 25
3.3 切割电流分析 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景
在水下破坏金属结构，将金属分割的工艺方法，称为金属水下切割法，简称水下切割技术。
水下切割技术在20世纪初就已经着眼于实际生产，进而得到逐渐发展。近年来，伴随着海洋事业的蓬勃发展，水下切割已经成为了海洋工程结构中不可或缺的工艺手段。当前，许多国家对水下切割技术的发展研究给予了很高的重视并进行了充分的实验研究。一些安全可靠性、切割效率较高的切割方法与设备也随之诞生。
我国的水下切割技术起点较低、发展较晚。上世纪50年代，水下电氧切割技术与水下手工电弧焊一起从国外被引进。60年代初，我国自主研发了专用水下割丝——特304并被沿用至今。70年代末，上海交通大学等单位研发了熔化极水喷射切割技术。另外，郑州机械研究所研究的水下等离子弧切割、华东工学院等单位研究的聚能爆炸切割都已用于生产[1]。目前，我国水下切割技术水平整体还是不弱于他国的。然而在实际应用上，除了水下电氧切割外，大都是一次性使用，掌握这些新技术的人才尚不足，没有形成较强的施工力量。而某些方法仍存在着许多技术难关去攻克，为了将这些新技术早日应用于实际生产中，更加深入细化的研究是不可避免的。
1.2 水下切割技术的特点
水下切割与陆地作业最大的区别在于工作环境的介质不同。水相比于空气，过于良好的导热率以及水压的存在，都会对电弧的稳定存在产生负面影响。因此空气中对应的切割理论与方法并不适用于水下切割，需要为此专门作出相关的研究与探索。目前采用的大部分水下切割工艺是使用水下热切割方法，是如今实际作业中应用比例最大的一种切割方法。在实际应用中进行水下切割时，热量快速散失这一特点必须作为一个重要的考虑因素。另外，水的热容积和热传导率都要远远大于空气，因此在同等热源的加热下，物体在水中的升温速率会远远小于空气，相对的冷却速率却会远远大于空气。因此，随着加热工件与水直接接触的表面积增加，温度差异就越大，热损耗也就越大。为了补偿被消耗的大量的热量，使金属能够在水中迅速地燃烧，切割热源应该具有很高的温度和能量密度[2]。
水下热切割工艺的优点是切割效率较高，并且所需要的设备易懂且易于操作，生产所需的成本较低。然而缺点是高度集中的热源会对工件会造成一系列危害性的热变形及热缺陷，导致割口质量下降，割口横截面较为粗糙。此外水下热切割过程中高压高热的工作环境会对水下作业人员的生命安全产生威胁。
水下冷切割工艺的优点是切割过程中噪音小，不会产生毒有害的气体，粉尘、绿色环保，潜水人员的劳动条件得到改善。因为不需要热量来熔化工件，所以不会对工件造成热缺陷及热应力。然而其缺点是切割效率低、耗时长久，单位时间内切割的长度短，并且切割所需投入的资金庞大[3]。
1.3 水下切割技术的分类
水下切割技术可以总结出两大类别：分别为水下热切割技术以及水下冷切割技术。具体分类如图11所示[4]。
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图11 水下切割技术的分类
在水面下通过热切割技术作业的基本思路是：
①产热熔化：采用某一特定产热源使得被切割部分的金属达到熔点，进而熔化成液态；或者将被加热的金属放置在纯净的氧气中氧化燃烧。
②去除熔融金属及金属氧化物：利用熔化成液态的金属自重来被动脱离割口或者使用气流、水流的喷射压力主动去除熔融金属、熔渣。
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