夏國偉

摘 要 近年來，國內(nèi)外關(guān)于煙火切割技術(shù)的研究有了很大突破，出現(xiàn)了許多新的煙火切割產(chǎn)品。煙火切割產(chǎn)品主要由切割炬和點火裝置兩部分組成。點火裝置用來輸出點火信號，也可作產(chǎn)品的手持部位。切割炬內(nèi)含切割藥劑，燃燒后產(chǎn)生的高溫熔融金屬射流快速切割金屬。為了進一步促進國內(nèi)煙火切割技術(shù)的發(fā)展，對國內(nèi)外煙火切割技術(shù)的研究歷史和現(xiàn)狀，尤其是近五年的發(fā)展進行了對比、分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的煙火切割技術(shù)研究發(fā)展迅速。

關(guān)鍵詞 煙火切割;切割炬;點火裝置;水陸兩用;綜述

煙火切割技術(shù)的作用原理是利用煙火藥劑點燃后燃燒產(chǎn)生的高溫熔融金屬射流在短時間內(nèi)融化金屬材料，達到切割金屬材料的目的。煙火切割技術(shù)區(qū)別于其他切割技術(shù)最主要的特點就是可不依靠外界設(shè)備和能源進行切割，在搶險救援、緊急搶修、破拆救援等復雜環(huán)境有著廣泛的應用和不可取代的優(yōu)勢。煙火切割技術(shù)產(chǎn)品具有輕巧便攜、操作簡單、快速有效、價格便宜等優(yōu)點。為了進一步促進國內(nèi)煙火切割技術(shù)的發(fā)展，對國內(nèi)外煙火切割技術(shù)的發(fā)展歷程做了對比、分析。

1早期煙火切割技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況

1.1 早期國外煙火切割技術(shù)的發(fā)展情況

國外對煙火切割技術(shù)的研究經(jīng)驗較為豐富，開始于二十世紀七十年代。歷史上，國外發(fā)明過很多種不同樣式的煙火切割炬，如1973年和發(fā)明的手持式煙火切割炬。1973年發(fā)明的水陸兩用煙火切割炬。1986年等發(fā)明的帶噴嘴的煙火切割炬。1991年等發(fā)明了帶支架的煙火切割炬。

此外，還有Geasland在1995年，F(xiàn)accini等在1983年和Carter在2003年分別發(fā)明的便攜煙火切割炬，其結(jié)構(gòu)相對簡單。這些煙火切割炬的結(jié)構(gòu)不同，各有特點，但總結(jié)這些煙火切割炬的結(jié)構(gòu)特點，會發(fā)現(xiàn)切割炬的都具有以下特點：

切割炬基本結(jié)構(gòu)由煙火藥柱、殼體和噴嘴三部分組成。煙火藥柱由煙火藥劑壓制而成。煙火藥劑主要由鋁熱劑、還原劑、產(chǎn)氣劑等組成。利用瞬間發(fā)生的氧化還原反應產(chǎn)生高溫熔融金屬射流，通過噴嘴后熔融金屬材料，達到切割金屬的目的。此外，噴嘴的結(jié)構(gòu)，尤其是噴口直徑大小對切割效果影響很大。噴嘴處溫度能達到3000～5000攝氏度，一般的材料無法承受此溫度，故噴嘴材料往往采用石墨等耐高溫材料。切割炬后加裝點火裝置，用于給煙火藥點火。由于燃燒時產(chǎn)生的巨大反作用力，為了確保安全，煙火切割裝置通常固定在試驗裝置上發(fā)射。

1.2 早期國內(nèi)煙火切割技術(shù)的發(fā)展情況

國內(nèi)對煙火切割技術(shù)的研究相對較晚，發(fā)展相對較少。具有代表性的有臺州盛世環(huán)境工程有限公司發(fā)明的。此熱切管器的煙火藥劑基本上由鋁熱劑和成氣劑所組成，各成分的重量百分比為鋁熱劑70%～95%，產(chǎn)氣劑5%～30%。鋁熱劑是由鋁和三氧化二鐵所組成。成氣劑是高錳酸鉀與活性炭混合物、聚四氟乙烯或者硝化棉。等應用鐵鋁熱劑（FeO/Al/添加劑=78/22/7）進行銷毀彈藥的試驗，獲得了成功。在結(jié)構(gòu)相同的情況下，煙火藥劑起到關(guān)鍵作用。不同的煙火藥劑配方，產(chǎn)生的切割效果千差萬別。煙火藥劑燃燒絕大部分發(fā)生的是氧化還原反應，反應中快速放熱?；瘜W反應迅速，燃燒速度要快，才能保證溫度不會下降;化學反應期間伴隨氣體產(chǎn)生，用于吹走掛渣。只有吹走掛渣，才會持續(xù)切割金屬。反應速度慢，產(chǎn)氣不足，熔融金屬留在表面，出現(xiàn)掛渣現(xiàn)象，會阻礙對金屬材料的進一步切割。

2近五年國內(nèi)外煙火切割技術(shù)的最新研究

2.1 近五年國內(nèi)外煙火切割技術(shù)研究的現(xiàn)狀

為了適應更為復雜的應用環(huán)境，對煙火切割技術(shù)提出了更高的要求。近年，無論國內(nèi)外在煙火切割技術(shù)研究領(lǐng)域都有了新的思考和研究成果。其中比較有代表性的有：國外2015年發(fā)明的破拆裝備Tech Torch;成都銀河動力有限公司2016年發(fā)明的“無電切割刀”和2018年發(fā)明的“水陸兩用破拆便攜式產(chǎn)品”;深圳市沛泓電子有限公司2018年發(fā)明的PH-M9無電切割刀，安徽方圓股份有限公司2019年研發(fā)的“單兵縱火棒”等。

Tech Torch（見圖1）顧名思義，火炬，呈劍柄狀，燃燒切割時，火焰四濺，整個產(chǎn)品看起來就是一把光劍。Tech Torch其實是一種快速高溫切割工具，切割時間在3～5s左右。主要由切割炬和點火裝置由兩部分組合而成。前半段是切割炬，內(nèi)含高能裝藥，噴嘴處有收斂段，開口處直徑最小，約3～6mm。后半段是點火裝置，裝置上有開關(guān)，用來輸出點火信號;啟動開關(guān)，切割炬內(nèi)的裝藥被點燃，開始切割目標。只要按下開關(guān)，它瞬間將產(chǎn)生超過2500℃的熱焰，溫度遠超過一般金屬的熔點。切割鋼筋、鋼板不在話下。國外沒有透露Tech Torch的原理，只說是“物理和化學共同作用的結(jié)果”。與傳統(tǒng)切割產(chǎn)品相比，它是一個更加完整的產(chǎn)品，不需要外加輔助設(shè)備即可操作完成。且外形嬌小，長度約300mm，直徑30mm，重量甚至不到500g。設(shè)計輕巧，使用者一次可攜帶多發(fā)產(chǎn)品，亦可多發(fā)產(chǎn)品通過連接后，一次啟動，形成更大范圍的破拆效果。水下使用也不影響性能。

“無電切割刀”是成都銀河動力公司自主研發(fā)，參照國外的Tech Torch，經(jīng)過科研攻關(guān)研制成功?！盁o電切割刀”是利用化學能破拆障礙物。同樣由兩部分組成， “藥筒”和“藥柄”?！八幫病眱?nèi)裝有經(jīng)多道特殊工藝處理的高能化學煙火藥劑， “藥柄”開關(guān)點火后，煙火藥劑自上而下逐漸燃燒，燃燒時最高溫度能達到4000℃以上。但該產(chǎn)品燃燒時間較長，目前，能夠在20s內(nèi)熔斷16mm以上直徑的鋼筋。

“水陸兩用破拆便攜式產(chǎn)品”也是成都銀河動力公司自主研發(fā)，具有金屬快速破拆、輕巧便攜、水陸兩用、安全可靠等特點，主要應用于應急救援和水域破拆等領(lǐng)域。該技術(shù)為國際先進水平，填補了國內(nèi)同類產(chǎn)品的空白，具有廣闊的民用前景?？傮w技術(shù)指標達到了國際先進水平。

對比近五年新發(fā)明的煙火切割產(chǎn)品與早期產(chǎn)品，會發(fā)現(xiàn)煙火切割技術(shù)產(chǎn)品的研究已經(jīng)從最開始的簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)在的完備產(chǎn)品，功能和產(chǎn)品本身更加成熟，發(fā)明的產(chǎn)品更安全便捷、更人性化，功能更齊全。但對比近五年國內(nèi)外產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)煙火切割產(chǎn)品設(shè)計思路越來越相似，都朝著小輕巧、高效、環(huán)境適應性強等方向發(fā)展。

值得一提的是，國內(nèi)煙火切割產(chǎn)品價格基本在500～1000元之間;國外Tech Torch定價300美元，價格遠高于國內(nèi)同類產(chǎn)品價格。在低成本的條件下，國內(nèi)最新煙火切割技術(shù)不斷研發(fā)創(chuàng)新，最新產(chǎn)品在重量外形、切割效果、環(huán)境適應性等性能上，均與國外產(chǎn)品不相上下，已經(jīng)基本達到國際水平。

2.2 未來煙火切割技術(shù)可能的發(fā)展方向

總體來說，煙火切割技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相對成熟，但仍有許多需改進之處。

首先是安全性問題。目前，國內(nèi)外沒有一種煙火切割產(chǎn)品允許操作者在沒有防護或只有簡單防護（僅帶普通手套、頭盔）的條件下操作產(chǎn)品。產(chǎn)品在幾秒內(nèi)切割金屬，火焰溫度必須遠超過金屬熔化溫度，至少在2500℃以上（鐵的熔點為1535℃，一般工廠用來煉鋼的溫度是2000℃），甚至達到3000℃～5000℃。雖然溫度冷卻很快，手持的點火裝置處溫度基本也有500℃左右，徒手根本無法承受?；鹧媲懈罱饘俨牧蠒r產(chǎn)生的反噴作用也很大，就算是經(jīng)驗豐富的消防員，單手也很難完全控制住產(chǎn)品。所以，操作者須穿戴耐高溫的全身防護服，才能操作產(chǎn)品。未來可以在降低手持處溫度和反噴力方面進行改進。

其次，雖然目前的煙火切割產(chǎn)品已經(jīng)可以利用夾持工具固定在目標上，且可實現(xiàn)延時發(fā)火和定時發(fā)火目的，但可固定的目標較為局限。且不同的目標需要不同的夾持工具。比較好固定的是鋼板平面和鋼筋等圓柱形物體，如鐵門和圓柱形油桶等。對于更復雜的目標，有時就無能為力了。未來可在夾持工具上多進行研究，擴寬切割產(chǎn)品的應用范圍。

此外，煙火切割產(chǎn)品存在噪聲大、煙霧大、易引燃附近易燃物（如干草等）等缺點。亟待改進。所以說，未來煙火切割技術(shù)的研究還有很多需要改進的地方。

3總結(jié)與展望

綜上所述，煙火切割技術(shù)研究從最初的簡單設(shè)計，逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的性能大幅度提升，適用環(huán)境更加復雜。對比國內(nèi)外煙火切割技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，國內(nèi)在煙火切割技術(shù)領(lǐng)域的研究取得了飛躍式的進步，已經(jīng)基本達到國際水平。在全球大型自然災害頻繁出現(xiàn)的嚴峻背景下，相信煙火切割技術(shù)將在應急救援和水域破拆等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

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