焊接工藝第二章氣焊和氣割

焊接工藝第二章氣焊和氣割在生產(chǎn)中，利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒所釋放出的熱量作為熱源進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焊接工藝第二章氣焊和氣割內(nèi)容提要：1.氣焊的基本原理、特點及應用2.氣焊用氣體和焊接材料3.氣焊設備及工具4.氣焊工藝5.氣割3焊接工藝第二章氣焊和氣割§氣焊的基本原理、特點及應用一基本原理

氣焊是利用氣體火焰作熱源的一種焊接方法。它借助可燃氣體與助燃氣體混合后燃燒產(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牢固的接頭，從而使兩焊件連接成一個整體。最常用的氣焊方法是氧乙炔焊。如圖所示。4焊接工藝第二章氣焊和氣割二特點氣焊與電弧焊相比，有如下特點：優(yōu)點：1）設備簡單，移動方便，無電力供應的地區(qū)可以方便焊接。2）可以焊接很薄的工件。3）焊接鑄鐵和部分有色金屬是焊縫質(zhì)量好。缺點：1）熱量較分散，熱影響區(qū)及變形大。2）生產(chǎn)率較低，不易焊接較厚的金屬。3）有些金屬因氣焊火焰中氧、氫等氣體與熔化金屬發(fā)生作用，會降低焊縫性能。4）難以實現(xiàn)自動化。三應用適用于薄板的焊接以及低熔點材料的焊接，能用于工具鋼和鑄造類需要預熱和緩冷的材料的焊接，同時還廣泛應用與有色金屬的釬焊及硬質(zhì)合金堆焊，以及用于磨損和報廢件的補焊。5焊接工藝第二章氣焊和氣割§氣焊用氣體和焊接材料一氣焊用氣體

助燃氣體（氧氣）可燃氣體（乙炔、液化石油氣等）其中乙炔是目前最常用的可燃氣體

常用可燃氣體的基本特性

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發(fā)熱量中性焰著火點初級氧與爆炸極限（%）在氧氣的氣體溫度可燃氣體-----------------------------------

燃燒速度（J/L）（℃）（℃）的體積比與空氣與氧氣（m/s）

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------乙炔～～丙烷～丙烯～甲烷～～59.2

氫～～～93.9煤氣～1.3

～24.810～73.6------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6焊接工藝第二章氣焊和氣割（1）氧氣

氧氣是氣焊（氣割）時必須使用的氣體。氧氣在常溫和標準大氣壓下是一種無色、無嗅、無味、無毒的氣體,其分子式為O2。在標準狀態(tài)下（，0℃時）密度為∕m3，比空氣稍重。氧的液化溫度為-182.96℃，液態(tài)氧呈藍色。在-218.4℃時形成淡藍色的固體。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，一級純度不低于99.5%，二級純度不低于98.5%。通常，氧氣廠供應的氧氣就可以滿足氣焊、氣割的要求，對于質(zhì)量要求高的氣焊應采用一級純度的氧。（2）乙炔

乙炔是碳氫化合物，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。在標準狀態(tài)下，密度為∕m3

。乙炔沸點為-82.4℃，溫度在-83.6℃時變?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等碳氫化合物。7焊接工藝第二章氣焊和氣割氣焊用焊接材料1.氣焊絲氣焊的焊絲只作為填充金屬，與熔化的母材一起組成焊縫。焊縫的質(zhì)量在很大程度上與氣焊絲的化學成分和質(zhì)量有關。（1）選用原則1）考慮母材金屬的力學性能2）考慮焊接性3）考慮焊件的特殊要求（2）常用氣焊絲的型號和用途焊接低碳鋼時，常用的焊絲牌號有H08、H08A等。焊絲的直徑一般為2~4mm，氣焊時根據(jù)焊件厚度來選擇。為了保證焊接接頭的質(zhì)量，焊絲直徑和焊件厚度不宜相差太大。鑄鐵用焊絲，其型號、化學成分可參見國家標準。常用焊接用鋼絲的化學成分牌號化學成分（%）碳錳硅硫磷～～～～～～8焊接工藝第二章氣焊和氣割2.氣焊熔劑氣焊熔劑是氣焊時的助溶劑，其作用是保護熔池金屬，去除焊接過程中形成的氧化物和增加液態(tài)金屬的流動性。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使用，氣焊低碳鋼時不必使用氣焊熔劑。我國氣焊熔劑的牌號有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9焊接工藝第二章氣焊和氣割§氣焊設備及工具氣焊設備及工具主要由氧氣瓶、氧氣減壓器、乙炔瓶、乙炔減壓器、回火保險器、焊炬和橡皮管等組成。如圖所示。1.氧氣瓶氧氣瓶是儲存和運輸氧氣的高壓容器，其工作壓力為15MPa，容積為40L。氧氣瓶的外表面涂天藍色，用黑漆寫上“氧氣”字樣。使用氧氣瓶時要保證安全可靠、防止爆炸。放置它時必須平穩(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焊接工藝第二章氣焊和氣割乙炔減壓器

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存和運輸乙炔用的容器。其外形與氧氣瓶相似，外表漆成白色，并標注紅色“乙炔”字樣。乙炔瓶的工作壓力為。在乙炔瓶內(nèi)裝有浸滿丙酮的多孔性填料，能使乙炔穩(wěn)定而安全地儲存在瓶內(nèi)。使用時，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，其化學反應式如下：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。11焊接工藝第二章氣焊和氣割4.焊炬焊炬是氣焊時用于控制氣體混合比、流量并進行焊接的工具。乙炔和氧氣按一定比例均勻混合由焊嘴噴出后，點火燃燒，產(chǎn)生氣體火焰。焊炬有射吸式焊炬和等壓式焊炬兩種

：射吸式焊炬使用的可燃氣體表壓力低于，可燃氣體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氣體壓力相等，不靠噴射氧流的射吸作用即能進行氣體的混合，見圖b。它只適用于中壓或高壓乙炔。（先開氧氣閥，先關乙炔閥）5.橡皮管氧氣橡皮管應為黑色，內(nèi)徑8mm，乙炔橡皮管應為紅色，內(nèi)徑10mm，連接焊炬或割炬的橡皮管不能短于5m一般在10～15m為宜，太長會增加氣體流動的阻力。12焊接工藝第二章氣焊和氣割6.回火保險器氣焊、氣割作業(yè)時，氣體火焰進入噴嘴內(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)上的防止向燃氣管路或氣源回燒的保險裝置稱為回火保險器。回火保險器有水封式和干式兩種。

⑴水封式中壓回火保險器

正常工作時，乙炔從底部進氣口1進入，頂開止回閥2，經(jīng)過濾清器6從出氣口11進入焊（割）炬。發(fā)生回燒時，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閉止回閥2，切割氣路，使火焰無法進入乙炔氣發(fā)生裝置。另外，筒體內(nèi)的水也陰斷了火焰的通路，起到保險作用。⑵干式回火保險器

正常工作時，乙炔氣從底部進氣口進入，流入較小的爆炸室，由出氣口進入焊（割）炬，發(fā)生回燒時，防爆橡膠膜瞬間被沖破，使燃燒氣體很快散發(fā)到空氣中。其主要缺點是發(fā)生回燒后不能切割氣源。13焊接工藝第二章氣焊和氣割§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行的：C2H2+O2=2CO2+H2O+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～b)碳化焰c)氧化焰14焊接工藝第二章氣焊和氣割（1）中性焰氧和乙炔的混合比例為～時燃燒所形成的火焰稱為中性焰。它由焰心、內(nèi)焰和外焰三部分組成，內(nèi)焰區(qū)氣體為CO和H2，無過量氧，也沒有游離碳。中性焰溫度為3050～3150℃左右，中性焰在距離焰心外面2～4mm處溫度最高，可達3150℃左右。（2）碳化焰碳化焰是指氧氣與乙炔的混合比例小于時燃燒所形成的火焰。由于氧氣不足，燃燒不完全，過量的乙炔分解為碳和氫，故碳會滲到熔池中造成焊縫滲碳，碳化焰具有較強的還原作用。碳化焰溫度為2700～3000℃左右。（3）氧化焰氧與乙炔的混合比例大于時燃燒所形成的火焰稱為氧化焰。氧化焰比中性焰短，分為焰心和外焰兩部分。由于火焰中有過量的氧，故對熔池金屬有強烈的氧化作用，一般氣焊不宜采用。只有在氣焊黃銅、鍍鋅鐵板時才用輕微氧化焰，以利其氧化性，在熔池表面形成一層氧化物薄膜，以減少低沸點鋅的蒸發(fā)。氧化焰溫度為3100～3400℃左右。15焊接工藝第二章氣焊和氣割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準GB／T985-1988，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、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。16焊接工藝第二章氣焊和氣割1.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／mm1～22～33～55～1010～15＞15焊絲直徑／mm1～222～33～44～66～82.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燒損和增碳的材料，氣焊時應選用中性焰；對于允許和需要增碳及還原氣氛的材料，氣焊時應選用碳化焰；對于母材金屬含有低沸點元素（Sn、Zn等）的材料，氣焊時應選用氧化焰。（2）火焰能率的選擇火焰能率是以每小時可燃氣體（乙炔）的消耗量（L／h）來表示的，物理意義是表示單位時間內(nèi)可燃氣體所提供的能量（熱能）。焊接較厚的焊件，熔點較高的金屬，導熱性較好的銅、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?；鹧婺苈实拇笮?，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和焊嘴號碼來粗調(diào)，也可以調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥細調(diào)。17焊接工藝第二章氣焊和氣割3.焊炬傾角的選擇焊炬傾角是指焊炬中心線與焊件平面之間的夾角α。在焊接過程中應不斷變化。開始加熱時α應大些，以便能夠較快地加熱焊件，迅速形成熔池；焊件較厚時，α應較大；在結尾階段，為了更好地添滿尾部焊坑，避免燒穿，α應適當?shù)販p小。4.焊接方向

左向焊焊絲和焊炬從焊縫的右端向左端移動，焊絲在焊炬前面，火焰指向焊件的待焊部分。其特點是操作簡單方便，適于焊接較薄和熔點較低的工件。

右向焊焊絲與焊炬從焊縫的左端向右端移動，焊絲在焊炬后面，火焰指向焊件的已焊部分。其特點是焊接過程中火焰始終籠罩著已焊的焊縫金屬，使熔池冷卻緩慢，有助于改善焊縫的金屬組織，并且熱量集中，熔深大，適用于焊接厚度較大的工件，但操作較難掌握。5.焊接速度的選擇在保證焊接質(zhì)量的前提下，應盡量加快焊接速度，以提高生產(chǎn)率。18焊接工藝第二章氣焊和氣割§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過程：（1）預熱氣割開始時，用預熱火焰將待切割處金屬預熱到燃點。（2）燃燒向被加熱到燃點的金屬噴射切割氧，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，繼續(xù)下去就將金屬逐漸的割穿?？傊?，金屬的氣割過程為預熱→燃燒→吹渣的過程。其實質(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19焊接工藝第二章氣焊和氣割2.氧氣切割的條件(1)金屬材料的燃點應低于其熔點

這樣才能保證金屬氣割過程是燃燒過程，而不是熔化過程。因為液態(tài)金屬流動性大，切口不平整，切割質(zhì)量差。如低碳鋼的燃點約1350℃，而熔點約為1500℃左右，完全滿足了氣割條件。碳鋼中，隨含碳量的增加，燃點升高而熔點降低。含碳量為0.7%的碳鋼，其燃點比熔點高，難以氣割。當含碳量超過1%時，一般就不能切割。（2）金屬氧化物的熔點應低于金屬本身的熔點同時粘度要小，流動性要好，否則，氣割過程中形成的高熔點金屬氧化物會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（660℃）低于三氧化二鋁的熔點（2050℃），鉻的熔點（1550℃）低于三氧化二鉻的熔點（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。右表中為常用金屬材料及其氧化物的熔點。（3）金屬燃燒時能放出大量的熱

這樣才能保證氣割處的金屬具有足夠的預熱溫度，使氣割過程能繼續(xù)進行。滿足上述條件的金屬材料有純鐵、低碳鋼、和某些低合金鋼。表2-5常用金屬及其氧化物的熔點名稱熔點/℃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15