高气压环境是指气氛压力高于1个大气压即常压的环境,其压力水平由具体的工程来决定,水深增加10m则压力增加1个大气压。高气压环境作业涉及检查、清理等诸多内容,其中焊接与切割是技术难度最高的,压力环境下的焊接研究较多,但是压力环境下的切割研究未见文献报导。盾构机刀盘刀具高气压维修数量远远超过海洋、核电,目前工程上通常采用碳弧气刨进行切割,碳弧气刨需要更换碳棒、切割过程不连续。本文提出在盾构机刀盘刀具高气压维修中采用等离子弧切割,与碳弧气刨相比,具有切割效率高、烟尘少等显著优点。等离子弧是高温、高速、大梯度、变化剧烈而且物性参数强烈依赖于温度的复杂磁流体。对等离子体理论进行了描述,应用磁流体动力学描述了等离子体行为,在仿真控制方程中考虑了环境压力的影响、以及温度对物性参数的影响。选用低雷诺数的k-ε模型描述湍流,采用计算流体力学软件Fluent进行了常压和高压条件下的等离子弧温度场仿真。温度场仿真结果表明:随着压力的增加,等离子切割电弧的最高温度降低。等离子弧本质上是一种气体放电现象,其特性必然受到气体介质的影响,其中压力是首要影响因素,现有的等离子弧切割电源不能在高气压环境引燃电弧。从高压气体电离过程入手,进行了等离子引弧系统研制,通过增加外加电能,实现了0.4MPa压力下的可靠引弧。以2MPa高压焊接试验舱为基础,建立了高压环境等离子弧切割试验系统,该系统主要由高气压等离子弧切割电源、自动切割小车、电弧监视装置等组成。进行了常压和高压等离子弧切割试验,研究了压力对等离子电弧形状的影响,以及压力对切割工艺参数的影响。切割试验表明,电弧监视装置拍摄的电弧图像与模拟电弧形状基本相符、均呈圆柱状,随着压力增加,电弧因而吸热增加而发生收缩。切割工艺参数试验表明,随着压力增加,因为电弧收缩、能量集中而导致切口宽度显著增加。本文对高压环境等离子弧的电离过程、引弧系统、温度场分布、以及电弧形状、切割工艺参数进行了研究,研究结论对于等离子弧切割的工程应用具有指导作用。