焊接工藝第二章氣焊與氣割課件

1、焊接工藝錦西工業(yè)學(xué)校焊接第二章 氣焊與氣割1 在生產(chǎn)中，利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒所釋放出的熱量作為熱源進(jìn)行金屬材料的焊接或切割，是金屬材料熱加工常用的工藝方法之一。2內(nèi)容提要：1.氣焊的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用2.氣焊用氣體和焊接材料3.氣焊設(shè)備及工具4.氣焊工藝5.氣割32.1氣焊的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 一 基本原理 氣焊是利用氣體火焰作熱源的一種焊接方法。它借助可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合后燃燒產(chǎn)生的火焰，將接頭部位母材金屬和焊絲熔化，使被熔化的金屬形成熔池，冷卻凝固后形成一個(gè)牢固的接頭，從而使兩焊件連接成一個(gè)整體。最常用的氣焊方法是氧乙炔焊。 如圖所示。42.2氣焊用氣體和焊接材料一 氣焊用

2、氣體 助燃?xì)怏w（氧氣） 可燃?xì)怏w（乙炔、液化石油氣等） 其中乙炔是目前最常用的可燃?xì)怏w 常用可燃?xì)怏w的基本特性 - 發(fā)熱量 中性焰 著火點(diǎn) 初級(jí)氧與 爆炸極限（%） 在氧氣的 氣體 溫度 可燃?xì)怏w - 燃燒速度 （J/L） （） （） 的體積比 與空氣 與氧氣 （m/s） - 乙炔 52754 3087 335 1.15 2.281 2.893 7.5 丙烷 99227 2526 481 3.5 2.39.5 2.0 丙烯 93868 2900 500 3.5 2.011 2.0 甲烷 33494 2538 1.5 4.814 5.059.2 氫 10048 2160 0.30.4 3.381

3、.5 4.6593.9 煤氣 20934 2100 1.21.3 3.824.8 1073.6 - 6（1）氧氣 氧氣是氣焊（氣割）時(shí)必須使用的氣體。氧氣在常溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下是一種無色、無嗅、無味、無毒的氣體,其分子式為O2。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.3kPa，0時(shí)）密度為1.43Kgm3，比空氣稍重。氧的液化溫度為 -182.96，液態(tài)氧呈藍(lán)色。在-218.4時(shí)形成淡藍(lán)色的固體。氧氣純度對氣焊、氣割的質(zhì)量和效率有直接影響。工業(yè)用氧分為兩級(jí)，一級(jí)純度不低于99.5%，二級(jí)純度不低于98.5%。通常，氧氣廠供應(yīng)的氧氣就可以滿足氣焊、氣割的要求，對于質(zhì)量要求高的氣焊應(yīng)采用一級(jí)純度的氧。（2）乙炔 乙炔

4、是碳?xì)浠衔?，分子式是C2H2，在常溫常壓下是無色氣體。工業(yè)用乙炔，因含有硫化氫H2S及磷化氫H2P等雜質(zhì)，故具有刺鼻的臭味。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為1.17kgm3 。乙炔沸點(diǎn)為-82.4，溫度在-83.6時(shí)變?yōu)橐后w。乙炔能溶解于水、丙酮等液體中，其中以丙酮的溶解度最大，在常溫常壓下1L丙酮能溶解23L乙炔。 乙炔是一種危險(xiǎn)的易燃、易爆氣體，不論是液體或固體，在一定條件下可能因摩擦、沖擊而爆炸。工業(yè)用乙炔用水分解電石而得到。（3）丙烷、丁烷 是石油工業(yè)的副產(chǎn)品，也稱液化石油氣，主要成分是丙烷C3H8 、丁烷C4H10等碳?xì)浠衔铩?2.氣焊熔劑 氣焊熔劑是氣焊時(shí)的助溶劑，其作用是保護(hù)熔池金屬，去

5、除焊接過程中形成的氧化物和增加液態(tài)金屬的流動(dòng)性。氣焊溶劑主要供氣焊鑄鐵、不銹鋼、耐熱鋼、銅和鋁等金屬材料時(shí)使用，氣焊低碳鋼時(shí)不必使用氣焊熔劑。我國氣焊熔劑的牌號(hào)有CJ101、CJ201、CJ301及CJ401四種。其中，CJ101為不銹鋼和耐熱鋼氣焊熔劑、CJ201為鑄鐵氣焊熔劑、CJ301為銅和銅合金氣焊熔劑、CJ401為鋁和鋁合金氣焊熔劑。常用氣焊溶劑的種類、用途及性能92.3氣焊設(shè)備及工具 氣焊設(shè)備及工具主要由氧氣瓶、氧氣減壓器、乙炔瓶、乙炔減壓器、回火保險(xiǎn)器、焊炬和橡皮管等組成。如圖所示。1.氧氣瓶氧氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸氧氣的高壓容器，其工作壓力為15MPa，容積為40L。氧氣瓶的外表面涂

6、天藍(lán)色，用黑漆寫上“氧氣”字樣。使用氧氣瓶時(shí)要保證安全可靠、防止爆炸。放置它時(shí)必須平穩(wěn)，盡量垂直放置，不與其它氣瓶混放，不得靠近明火或熱源，避免撞擊，防止暴曬，與乙炔瓶保持距離。2.減壓器減壓器是將高壓氣體降為低壓氣體的調(diào)節(jié)裝置，氣焊用的鋼瓶減壓器有氧氣減壓器和乙炔減壓器。減壓器的作用就是降低氣體壓力，調(diào)節(jié)壓力，并保證降壓后的氣體壓力穩(wěn)定不變。右圖為氧氣減壓器。10乙炔減壓器 1-緊固螺釘 2-夾環(huán) 3-連接管4-乙炔減壓器 3.乙炔瓶乙炔瓶是一種儲(chǔ)存和運(yùn)輸乙炔用的容器。其外形與氧氣瓶相似，外表漆成白色，并標(biāo)注紅色“乙炔”字樣。乙炔瓶的工作壓力為1.5MPa。在乙炔瓶內(nèi)裝有浸滿丙酮的多孔性填料

7、，能使乙炔穩(wěn)定而安全地儲(chǔ)存在瓶內(nèi)。使用時(shí)，溶解在丙酮內(nèi)的乙炔就分解出來，通過乙炔瓶閥流出，而丙酮仍留在瓶內(nèi)，以便溶解再次壓入的乙炔。乙炔瓶閥下面的長孔內(nèi)放有石棉，其作用是幫助乙炔從多孔性填料中分解出來。 工業(yè)用乙炔是用水分解電石而得來的，其化學(xué)反應(yīng)式如下：CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca（OH）2 + 127. 2kJ/mol電石 水 乙炔 熟石灰 注：乙炔發(fā)生器也是氣焊氣割的設(shè)備，但由于其安全性差、操作環(huán)境惡劣，目前很少使用，故在此不作介紹。114.焊炬焊炬是氣焊時(shí)用于控制氣體混合比、流量并進(jìn)行焊接的工具。乙炔和氧氣按一定比例均勻混合由焊嘴噴出后，點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生氣體火焰。焊炬有射吸

8、式焊炬和等壓式焊炬兩種 ：射吸式焊炬使用的可燃?xì)怏w表壓力低于0.07MPa，可燃?xì)怏w靠噴射氧流的射吸作用與氧氣混合，故稱射吸式焊炬見圖a，氧氣從噴嘴以很高速度射入射吸管3，將低壓乙炔吸入射吸管。等壓式焊炬使用的氧氣壓力與可燃?xì)怏w壓力相等，不靠噴射氧流的射吸作用即能進(jìn)行氣體的混合，見圖b。它只適用于中壓或高壓乙炔。（先開氧氣閥，先關(guān)乙炔閥）5.橡皮管氧氣橡皮管應(yīng)為黑色，內(nèi)徑8mm，乙炔橡皮管應(yīng)為紅色，內(nèi)徑10mm，連接焊炬或割炬的橡皮管不能短于5m一般在1015m為宜，太長會(huì)增加氣體流動(dòng)的阻力。126.回火保險(xiǎn)器 氣焊、氣割作業(yè)時(shí)，氣體火焰進(jìn)入噴嘴內(nèi)逆向燃燒的現(xiàn)象稱為回火。產(chǎn)生回火的原因是噴嘴孔

9、道堵塞和噴嘴溫度過高，造成氣流不暢，使混合氣體的噴射速度小于燃燒速度所致。裝在燃料氣體系統(tǒng)上的防止向燃?xì)夤苈坊驓庠椿責(zé)谋ｋU(xiǎn)裝置稱為回火保險(xiǎn)器。回火保險(xiǎn)器有水封式和干式兩種。 水封式中壓回火保險(xiǎn)器 正常工作時(shí)，乙炔從底部進(jìn)氣口1進(jìn)入，頂開止回閥2，經(jīng)過濾清器6從出氣口11進(jìn)入焊（割）炬。發(fā)生回?zé)龝r(shí)，火焰從出氣口11倒灌，頂開橡膠膜10，使燃燒火焰從放氣口7逸入空氣中，另一方面燃燒火焰壓力關(guān)閉止回閥2，切割氣路，使火焰無法進(jìn)入乙炔氣發(fā)生裝置。另外，筒體內(nèi)的水也陰斷了火焰的通路，起到保險(xiǎn)作用。干式回火保險(xiǎn)器 正常工作時(shí)，乙炔氣從底部進(jìn)氣口進(jìn)入，流入較小的爆炸室，由出氣口進(jìn)入焊（割）炬，發(fā)生回?zé)龝r(shí)，

10、防爆橡膠膜瞬間被沖破，使燃燒氣體很快散發(fā)到空氣中。其主要缺點(diǎn)是發(fā)生回?zé)蟛荒芮懈顨庠础?32.4氣焊工藝氣體火焰乙炔與氧氣混合燃燒所形成的火焰，一般稱為氧乙炔焰。氧乙炔焰具有很高的溫度，加熱集中，是目前氣焊中采用的主要火焰。乙炔的完全燃燒是按下列方程式進(jìn)行的：C2H2 + 2.5O2 = 2CO2 + H2O + 1302.7 kJ / mol改變氧和乙炔的混合比例，可獲得三種不同性質(zhì)的火焰。a)中性焰 1.11.2b)碳化焰 1.214氣焊接頭的種類及坡口形式1.氣焊接頭的種類常用的氣焊接頭形式有卷邊接頭、對接接頭及角接接頭等幾種。2.氣焊焊縫坡口的基本形式與尺寸參照國家標(biāo)準(zhǔn)GBT985-1

11、988，根據(jù)板厚查處裝配間隙。 氣焊焊接參數(shù)包括焊絲的牌號(hào)、直徑，熔劑，火焰性質(zhì)與火焰能率，焊嘴的傾角，焊接方向和焊接速度等。161.焊絲直徑的選擇焊絲直徑是根據(jù)工件厚度選擇的。參見下表：工件厚度mm 12 2 3 3 5 5 10 10 15 15焊絲直徑mm 12 2 2 3 3 4 4 6 6 82.氣焊火焰的性質(zhì)和火焰能率的選擇(1)火焰性質(zhì)的選擇 根據(jù)焊件材料的種類及性能來選擇：對于需要盡量減少元素?zé)龘p和增碳的材料，氣焊時(shí)應(yīng)選用中性焰；對于允許和需要增碳及還原氣氛的材料，氣焊時(shí)應(yīng)選用碳化焰；對于母材金屬含有低沸點(diǎn)元素（Sn、Zn等）的材料，氣焊時(shí)應(yīng)選用氧化焰。（2）火焰能率的選擇 火

12、焰能率是以每小時(shí)可燃?xì)怏w（乙炔）的消耗量（Lh）來表示的，物理意義是表示單位時(shí)間內(nèi)可燃?xì)怏w所提供的能量（熱能）。 焊接較厚的焊件，熔點(diǎn)較高的金屬，導(dǎo)熱性較好的銅、鉛及其合金，選用較大的火焰能率；反之，就要選用較小火焰能率。 火焰能率的大小，主要取決于氧乙炔混合氣體的流量。流量可以靠更換焊炬型號(hào)和焊嘴號(hào)碼來粗調(diào)，也可以調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥細(xì)調(diào)。172.5氣割一 氣割的基本原理1.氧氣切割的過程氣割是利用氣體火焰的熱能將切割件預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使其燃燒并放出熱量實(shí)現(xiàn)切割的方法。氧氣切割是常用的切割方法。 氧氣切割包括下列三個(gè)過程：（1）預(yù)熱 氣割開始時(shí)，用預(yù)熱火焰將待切割處金屬預(yù)熱到燃

13、點(diǎn)。（2）燃燒 向被加熱到燃點(diǎn)的金屬噴射切割氧，使金屬在純氧中劇烈的燃燒。（3）氧化與吹渣 金屬氧化燃燒后，放出大量的熱，熔渣被切割氧吹掉，放出的熱量將下層金屬加熱到燃點(diǎn)，繼續(xù)下去就將金屬逐漸的割穿。總之，金屬的氣割過程為預(yù)熱燃燒吹渣的過程。其實(shí)質(zhì)是金屬在純氧中燃燒的過程，而不是金屬的熔化過程。氧氣切割原理簡圖192.氧氣切割的條件(1)金屬材料的燃點(diǎn)應(yīng)低于其熔點(diǎn) 這樣才能保證金屬氣割過程是燃燒過程，而不是熔化過程。因?yàn)橐簯B(tài)金屬流動(dòng)性大，切口不平整，切割質(zhì)量差。如低碳鋼的燃點(diǎn)約1350，而熔點(diǎn)約為1500左右，完全滿足了氣割條件。碳鋼中，隨含碳量的增加，燃點(diǎn)升高而熔點(diǎn)降低。含碳量為0.7%的碳

14、鋼，其燃點(diǎn)比熔點(diǎn)高，難以氣割。 當(dāng)含碳量超過1%時(shí)，一般就不能切割。（2）金屬氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn) 同時(shí)粘度要小，流動(dòng)性要好，否則，氣割過程中形成的高熔點(diǎn)金屬氧化物會(huì)阻礙下層金屬與切割射流的接觸，使氣割發(fā)生困難。如鋁的熔點(diǎn)（660）低于三氧化二鋁的熔點(diǎn)（2050），鉻的熔點(diǎn)（1550）低于三氧化二鉻的熔點(diǎn)（1990），所以鋁及鋁合金、高鉻或鉻鎳鋼都不具備氣割條件。表列出了一些常用金屬及其氧化物的熔點(diǎn)。 右表中為常用金屬材料及其氧化物的 熔點(diǎn)。（3）金屬燃燒時(shí)能放出大量的熱 這樣才能保證氣割處的金屬具有足 夠的預(yù)熱溫度，使氣割過程能繼續(xù)進(jìn)行。 滿足上述條件的金屬材料有純鐵、 低碳鋼、

15、和某些低合金鋼。表2-5 常用金屬及其氧化物的熔點(diǎn)名 稱熔 點(diǎn) /金 屬氧 化 物純 鐵低碳鋼高碳鋼鑄 鐵純 銅黃 銅錫青銅鋁鋅鉻鎳1535約150013001400120010838509008509006574191550145213001500130015001300150013001500123612361236205018001990199020二 氣割設(shè)備 氣割時(shí)所用設(shè)備，除割炬與焊炬不同外，其他設(shè)備均與氣焊用的相同。氣割設(shè)備有手工割炬、半自動(dòng)氣割機(jī)和自動(dòng)氣割機(jī)。1.手工割炬有射吸式和等壓式，應(yīng)用較多的是射吸式，如圖所示。2.半自動(dòng)氣割機(jī)應(yīng)用很廣，小車式半自動(dòng)切割機(jī)，可進(jìn)行直線和直

16、徑大于200mm的圓周、斜面、V形坡口等形狀的切割。如右圖所示，為全位置切割。3.自動(dòng)切割機(jī)常用的是搖臂仿形式和直角坐標(biāo)式，如下圖所示為數(shù)控氣割機(jī)。21三 氣割工藝1.氣割參數(shù)與選擇 氣割參數(shù)包括切割氧壓力、切割速度、預(yù)熱火焰能率、割炬與工件間的傾角，以及割炬離開工件表面的距離等。（1）切割氧的壓力 與割件厚度、割嘴號(hào)碼以及氧氣純度等因素有關(guān)。（2）切割速度 與工件厚度和使用的割嘴形狀有關(guān)。切割速度正確與否，主要根據(jù)切口的后拖量來判斷。所謂后拖量，就是在氧氣切割過程中，在同一條割紋上沿切割方向兩點(diǎn)間的最大距離。后拖量是不可避免的，只能盡量減小。如右圖所示。（3）預(yù)熱火焰的性質(zhì)與能率預(yù)熱火焰應(yīng)采用中