第二章 氣焊與氣割

1、第二章 氣焊與氣割,氣焊與氣割的熱源是氣體火焰。產(chǎn)生氣體火焰的氣體有可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w有乙炔、液化石油氣等，助燃?xì)怏w是氧氣。 氣焊常用的是氧氣與乙炔燃燒產(chǎn)生的氣體火焰-氧一乙炔焰，氣割的預(yù)熱火焰除氧一乙炔焰外，還有氧氣與液化石油氣燃燒產(chǎn)生的氣體火焰-氧-液化石油氣火焰等。 2-1 產(chǎn)生氣體火焰的氣體 1氧氣 在常溫、常態(tài)下氧是氣態(tài)，不能燃燒，但具有強(qiáng)烈的助燃作用。 氧氣的純度對(duì)氣焊與氣割的質(zhì)量、生產(chǎn)率和氧氣本身的消耗量都有直接影響。氣焊與氣割對(duì)氧氣的要求是純度越高越好。氣焊與氣割用的工業(yè)用氧氣一般分為兩級(jí)： 一級(jí)純度氧氣含量不低于99.2，二級(jí)純度氧氣含量不低于98.5。 一般情況下

2、，由氧氣廠和氧氣站供應(yīng)的氧氣可以滿足氣焊與氣割的要求。對(duì)于質(zhì)量要求較高的氣焊應(yīng)采用一級(jí)純度的氧氣。 氣割時(shí)氧氣純度不應(yīng)低于98.5。,2乙炔,乙炔是由電石(碳化鈣)和水相互作用而得到的一種無(wú)色而帶有特殊臭味的碳?xì)浠衔铩?乙炔是可燃性氣體，它與空氣混合時(shí)所產(chǎn)生的火焰溫度為2350，而與氧氣混合燃燒時(shí)所產(chǎn)生的火焰溫度為30003300，因此，足以迅速熔化金屬而進(jìn)行焊接和切割。 乙炔是一種具有爆炸性的危險(xiǎn)氣體，在一定壓力和溫度下很容易發(fā)生爆炸。乙炔爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生高熱，特別是產(chǎn)生高壓氣浪，其破壞力很強(qiáng)，因此使用乙炔時(shí)必須注意安全。 3液化石油氣 液化石油氣的主要成分是丙烷、丁烷、丙 烯等碳?xì)浠衔铮?/p>

3、常壓下以氣態(tài)存在，在 0.81.5 MPa壓力下，就可變成液態(tài)，便于裝 入瓶中儲(chǔ)存和運(yùn)輸，液化石油氣由此而得名。 液化石油氣與乙炔一樣，與空氣或氧氣 形成的混合氣體具有爆炸性，但比乙炔安全 得多。 液化石油氣的火焰溫度比乙炔的火焰溫度低，其在氧氣中的燃燒溫度為28002850 ； 液化石油氣在氧氣中的燃燒速度低，約為乙炔的l3，其完全燃燒所需氧氣量比乙炔所需氧氣量大。因此，用于氣割時(shí)，金屬預(yù)熱時(shí)間稍長(zhǎng)，但其切割質(zhì)量容易保證，割口光潔，不滲碳，質(zhì)量較好。 由于液化石油氣價(jià)格低廉，比乙炔安全，質(zhì)量又較好，用它來(lái)代替乙炔進(jìn)行金屬 切割和焊接，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。,二、氣體火焰的種類(lèi)與性質(zhì),1氧乙炔焰

4、 氧一乙炔焰的外形、構(gòu)造、火焰的化學(xué)性質(zhì)和火焰溫度的分布與氧氣和乙炔的混合比大小有關(guān)。 根據(jù)混合比大小的不同，可得到性質(zhì)不同的三種火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰，如圖2-l所示。氧乙炔焰三種火焰的特點(diǎn)見(jiàn)表2-l。,2氧一液化石油氣火焰,氧-液化石油氣火焰的構(gòu)造，同氧-乙炔火焰基本一樣，也分為氧化焰、碳化焰和中性焰三種。 其焰心也有部分分解反應(yīng)，不同的是焰心分解產(chǎn)物較少，內(nèi)焰不像乙炔那樣明亮，而有點(diǎn)發(fā)藍(lán)，外焰則顯得比氧-乙炔焰清晰且較長(zhǎng)。由于液化石油氣的著火點(diǎn)較高，使得點(diǎn)火較乙炔困難，必須用明火才能點(diǎn)燃。 氧-液化石油氣火焰的溫度比氧-乙炔焰略低，溫度可達(dá)28002850。 目前，氧-液化石油氣火

5、焰主要用于氣割，并部分的取代了氧-乙炔焰。 2-2 氣焊 氣焊是利用氣體火焰作熱源的一種熔焊方法。常用氧氣和乙炔混合燃燒的火焰進(jìn)行焊接，又稱(chēng)為氧一乙炔焊。這種熔焊方法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。 一、氣焊原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 1氣焊原理 氣焊是利用可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w通過(guò)焊炬按一定的比例混合，獲得所要求的火焰性質(zhì)的火焰作為熱源，熔化被焊金屬和填充金屬，使其形成牢固的焊接接頭。 氣焊時(shí)，先將焊件的焊接處金屬加熱到熔化狀態(tài)形成熔池，并不斷地熔化焊絲向熔池中填充，氣體火焰覆蓋在熔化金屬的表面起保護(hù)作用，隨著焊接過(guò)程的進(jìn)行，熔化金屬冷卻形成焊縫。 氣焊過(guò)程如圖22所示。,2氣焊的特點(diǎn)及應(yīng)用,氣焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作

6、方便、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于火焰溫度低、加熱分散、熱影響區(qū)寬、焊件變形大且過(guò)熱嚴(yán)重，因此，氣焊接頭質(zhì)量不如焊條電弧焊容易保證。 目前，在工業(yè)生產(chǎn)中氣焊主要用于焊接薄板、小直徑薄壁管、鑄鐵、有色金屬、低熔點(diǎn)金屬及硬質(zhì)合金等。 氣焊火焰還可用于釬焊、噴焊和火焰矯正等。 二、氣焊焊接材料 1焊絲 氣焊用的焊絲在氣焊中起填充金屬作用，與熔化的母材一起形成焊縫。 常用的氣焊絲有碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲、不銹鋼焊絲、銅及銅合金焊絲、鋁及鋁合金焊絲和鑄鐵焊絲等。 碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲、不銹鋼焊絲的牌號(hào)及用途見(jiàn)表22。 銅及銅合金、鋁及鋁合金、鑄鐵焊絲的型號(hào)、牌號(hào)、化學(xué)成分及用途分別見(jiàn)

7、表2-3、2-4、2-5,2氣焊熔劑,氣焊熔劑是氣焊時(shí)的助熔劑，其作用是與熔池內(nèi)的金屬氧化物或非金屬夾雜物相互作用生成熔渣，覆蓋在熔池表面，使熔池與空氣隔離， 因而能有效地防止熔池金屬的繼續(xù)氧化，改善了焊縫的質(zhì)量。 所以焊接有色金屬(如銅及銅合金、鋁及鋁合金)、鑄鐵、耐熱鋼及不銹鋼等材料時(shí)，通常采用氣焊熔劑。 氣焊熔劑可以在焊前直接撒在焊件坡口上或者蘸在焊絲上加入熔池。 常用氣焊熔劑的牌號(hào)、性能及用途見(jiàn)表26。 三、氣焊設(shè)備與工具 氣焊設(shè)備及工具主要有：氧氣瓶、乙炔瓶、液化石油氣瓶、減壓器、焊炬等，其組成如圖2-3所示。 1氧氣瓶 氧氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸氧氣的一種高壓容器，其形狀和構(gòu)造如圖2-4所

8、示。氧氣瓶外表涂天藍(lán)色，瓶體上用黑漆標(biāo)注“氧氣”字樣。 常用氣瓶的容積為40L，在15MPa壓力下，可儲(chǔ)存6000L的氧氣。,2乙炔瓶,乙炔瓶是一種儲(chǔ)存和運(yùn)輸乙炔的容器，其形狀和構(gòu)造如圖25所示。 乙炔瓶外表涂白色，并用紅漆標(biāo)注“乙炔”字樣。瓶口裝有乙炔瓶閥，但閥體旁側(cè)沒(méi)有側(cè)接頭，因此必須使用帶有夾環(huán)的乙炔減壓器。 乙炔瓶的工作壓力為1.5 MPa，在瓶體內(nèi)裝滿浸有丙酮的多孔性填料，能使乙炔安全地儲(chǔ)存在乙炔瓶?jī)?nèi)。,3液化石油氣瓶,液化石油氣鋼瓶是儲(chǔ)存液化石油氣的專(zhuān)用容器。它是焊接鋼瓶，其殼體采用氣瓶專(zhuān)用鋼焊接而成，如圖2-6所示。 容量有15kg、20kg、30kg、50kg等多種規(guī)格。 工業(yè)

9、上常采用30kg，如企業(yè)用量大，還可以制成容量為lt、2t或更大的儲(chǔ)氣罐。 氣瓶最大工作壓力1.6MPa，水壓試驗(yàn)的壓力為3MPa。 氣瓶外表面涂銀灰色漆，并用紅漆寫(xiě)有“液化石油氣”字樣。,4減壓器,減壓器又稱(chēng)壓力調(diào)節(jié)器，它是將氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體降為工作時(shí)的低壓氣體的調(diào)節(jié)裝置。 (1)減壓器的作用及分類(lèi) 減壓器的作用是將氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體(如氧氣瓶?jī)?nèi)的氧氣壓力最高達(dá)15MPa， 乙炔瓶?jī)?nèi)的乙炔壓力最高達(dá)1.5 MPa)降為工作時(shí)所需的壓力(氧氣的工作壓力一般為0.10.4 MPa，乙炔的工作壓力最高不超過(guò)0.15 MPa)，并保持工作時(shí)壓力穩(wěn)定。 減壓器按用途不同可分為氧氣減壓器、乙炔減壓器、液化

10、石油氣減壓器等； 按構(gòu)造不同可分為單級(jí)式和雙級(jí)式兩類(lèi)； 按工作原理不同可分為正作用式和反作用式兩類(lèi)。 目前常用的是單級(jí)反作用式減壓器。,（2）氧氣減壓器,當(dāng)減壓器在非工作狀態(tài)時(shí)，調(diào)壓手柄向外旋出，調(diào)壓彈簧處于松弛狀態(tài)，活門(mén)被活門(mén)彈簧壓下，關(guān)閉通道，由氣瓶流入高壓室的高壓氣體不能從高壓室流入低壓室。 當(dāng)減壓器工作時(shí)，調(diào)壓手柄向內(nèi)旋入，調(diào)壓彈簧受壓縮而產(chǎn)生向上的壓力，并通過(guò)彈性薄膜將活門(mén)頂開(kāi)，高壓氣體從高壓室流入低壓室。 氣體從高壓室流入低壓室時(shí)，由于體積膨脹而使壓力降低，起到了減壓作用。 氣體流入低壓室后，對(duì)彈性薄膜產(chǎn)生了向下的壓力，并傳遞到活門(mén)，影響活門(mén)的開(kāi)啟。當(dāng)?shù)蛪菏业臍怏w輸出量降低而壓力升

11、高時(shí)，活門(mén)的開(kāi)啟度縮小，減小了流入低壓室的氣體，使低壓室內(nèi)氣體壓力不會(huì)增高。 同樣，當(dāng)?shù)蛪菏业臍怏w輸出量增加而壓力降低時(shí)，活門(mén)的開(kāi)啟度增大，流入低壓室的氣體增多，使低壓室內(nèi)氣體壓力增高。 這種自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，使低壓室內(nèi)氣體的壓力穩(wěn)定地保持為工作壓力，這就是減壓器的穩(wěn)壓作用。,（3）乙炔減壓器,乙炔減壓器連接是用特殊的夾環(huán)并借用緊固螺釘加以固定。,(4)液化石油氣減壓器,液化石油氣瓶用的減壓器構(gòu)造如圖29所示。 其作用也是將氣瓶?jī)?nèi)的壓力降至工作壓力并穩(wěn)定輸出壓力，保證供氣量均勻。 一般民用的減壓器稍加改制即可用于切割一般厚度的鋼板。 另外，液化石油氣減壓器也可以直接使用丙烷減壓器。,5焊炬,(1)

12、焊炬的作用及分類(lèi) 焊炬是氣焊時(shí)用于控制氣體混合比、流量及火焰并進(jìn)行焊接的工具。 它的作用是將可燃?xì)怏w和氧氣按一定比例混合，并以一定的速度噴出燃燒而生成具有一定能量、成分和形狀穩(wěn)定的火焰。 焊炬按可燃?xì)怏w與氧氣混合的方式不同，可分為射吸式焊炬(也稱(chēng)低壓焊炬)和等壓式焊炬兩類(lèi)，現(xiàn)在常用的是射吸式焊炬。 等壓式焊炬可燃?xì)怏w的壓力和氧氣的壓力相等，不能用于低壓乙炔，所以目前很少使用。 （2）射吸式焊炬的構(gòu)造及原理,(3)焊炬型號(hào)的表示方法,焊炬型號(hào)是由漢語(yǔ)拼音字母H、表示結(jié)構(gòu)形式和操作方式的序號(hào)及規(guī)格組成。 如：H016表示手工操作的可焊接最大厚度為6 min的射吸式焊炬。 四、氣焊工藝參數(shù) 氣焊工藝

13、參數(shù)包括焊絲的型號(hào)、牌號(hào)及直徑、氣焊焊劑、火焰的性質(zhì)及能率、焊炬的傾斜角度、焊接方向、焊接速度和接頭形式等，它們是保證焊接質(zhì)量的主要技術(shù)依據(jù)。 1接頭形式 氣焊的接頭形式有對(duì)接接頭、卷邊接頭、角接接頭等。對(duì)接接頭是氣焊采用的主要接頭形式，角接接頭、卷邊接頭一般只在薄板焊接時(shí)使用，搭接接頭、T形接頭很少采用，因?yàn)檫@種接頭會(huì)使焊件產(chǎn)生較大的變形。 采用對(duì)接接頭，當(dāng)板厚大于5 mm時(shí)應(yīng)開(kāi)坡口。板料常用的氣焊接頭形式如圖2-11所示。,2焊絲,(1)焊絲的型號(hào)、牌號(hào) 焊絲的型號(hào)、牌號(hào)選擇應(yīng)根據(jù)焊件材料的力學(xué)性能或化學(xué)成分，選擇相應(yīng)性能或成分的焊絲，具體見(jiàn)表2-2、2-3、2-4、2-5 (2)焊絲的直

14、徑： 要根據(jù)焊件的厚度來(lái)決定，焊接5 mm以下板材時(shí)焊絲直徑要與焊件厚度相近，一般選用1.3 mm焊絲。 3氣焊熔劑 氣焊熔劑的選擇要根據(jù)焊件的成分及其性質(zhì)而定。 一般碳素結(jié)構(gòu)鋼氣焊時(shí)不需要?dú)夂溉蹌?而不銹鋼、耐熱鋼、鑄鐵、銅及銅合金、鋁及鋁合金氣焊時(shí)，則必須采用氣焊熔劑。 氣焊熔劑牌號(hào)的選擇詳見(jiàn)表26。 4火焰的性質(zhì)及能率 氣焊火焰的性質(zhì)應(yīng)該根據(jù)焊件的不同材料合理選擇，見(jiàn)表28。 氣焊火焰能率主要是根據(jù)每小時(shí)可燃?xì)怏w(乙炔)的消耗量(Lh)來(lái)確定，而氣體消耗量又取決于焊嘴的大小。 焊嘴號(hào)碼越大，火焰能率也越大。 在生產(chǎn)實(shí)際中，焊件較厚，金屬材料熔點(diǎn)較高，導(dǎo)熱性較好(如銅、鋁及其合金)，焊縫

15、又是平焊位置，則應(yīng)選擇較大的火焰能率； 反之，如果焊接薄板或其他位置焊接時(shí)，火焰能率要適當(dāng)減小。,5焊炬的傾斜角度,焊炬傾斜角度的大小主要取決于焊件的厚度和母材的熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性。焊件越厚、導(dǎo)熱性及熔點(diǎn)越高，采用的焊炬傾斜角越大，這樣可使火焰的熱量集中； 相反，則采用較小的傾斜角。焊接碳素鋼，焊炬傾斜角與焊件厚度的關(guān)系如圖212所示。,在氣焊過(guò)程中，焊絲與焊件表面的傾斜角一般為3040，它與焊炬中心線的角度為90100，如圖213所示。,6焊接方向,氣焊時(shí)，按照焊炬和焊絲的移動(dòng)方向不同，可分為左向焊法和右向焊法兩種。 (1)右向焊法 右向焊法如圖214a所示，焊炬指向焊縫，焊接過(guò)程自左向右，焊炬在

16、焊絲面前移動(dòng)。 右向焊法適合焊接厚度較大、熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性較高的焊件，但右向焊法不易掌握，一般較少采用。 (2)左向焊法 左向焊法如圖214b這種方法操作簡(jiǎn)便，容易掌握，適宜于薄板的焊接，是普遍應(yīng)用的方法。 左向焊法缺點(diǎn)是：焊縫易氧化，冷卻較快，熱量利用率低。,7焊接速度,一般情況下，厚度大、熔點(diǎn)高的焊件焊接速度要慢些，以免產(chǎn)生未焊透的缺陷； 厚度小、熔點(diǎn)低的焊件，焊接速度要快些，以免燒穿和使焊件過(guò)熱，降低產(chǎn)品質(zhì)量。 總之，在保證焊接質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量加快焊接速度，以提高生產(chǎn)率。 氣焊工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量和焊縫成形的影響如圖215所示。,2-3 氣割,氣割是利用氣體火焰的能量將金屬分離的一種加工方

17、法，是生產(chǎn)中鋼材分離的重要手段。 一、氣割原理及條件 1氣割的原理和過(guò)程 氣割是利用氣體火焰的熱能，將工件切割處預(yù)熱到燃燒溫度后，噴出高速切割氧流，使其燃燒并放出熱量，從而實(shí)現(xiàn)切割的方法。 氧氣切割過(guò)程包括下列三個(gè)階段： (1)氣割開(kāi)始時(shí)，用預(yù)熱火焰將起割處的金屬預(yù)熱到燃燒溫度(燃點(diǎn))。 (2)向被加熱到燃點(diǎn)的金屬?lài)娚淝懈钛?，使金屬劇烈地燃燒?(3)金屬燃燒氧化后生成熔渣和產(chǎn)生反應(yīng)熱，熔渣被切割氧吹除， 所產(chǎn)生的熱量和預(yù)熱火焰熱量將下層金屬加熱到燃點(diǎn)，這樣繼續(xù)下去就將金屬逐漸地割穿，隨著割炬的移動(dòng)，就切割成所需的形狀和尺寸。 因此，氧氣切割過(guò)程是預(yù)熱一燃燒一吹渣過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是鐵在純氧中的燃燒

18、過(guò)程，而不是熔化過(guò)程。 氣割過(guò)程如圖2-16所示。,2氣割的條件,金屬進(jìn)行氧氣切割需符合下列條件： (1)金屬在氧氣中的燃點(diǎn)應(yīng)低于熔點(diǎn)，這是氧氣切割過(guò)程能正常進(jìn)行的最基本條件。否則金屬在燃燒之前已熔化就不能實(shí)現(xiàn)正常的切割過(guò)程。 (2)金屬氣割時(shí)形成氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)。 氧氣切割過(guò)程產(chǎn)生的金屬氧化物的熔點(diǎn)必須低于該金屬本身的熔點(diǎn)，同時(shí)流動(dòng)性要好，這樣的氧化物才能以液體狀態(tài)從切口處被吹除。 (3)金屬在切割氧流中燃燒應(yīng)該是放熱反應(yīng)。因?yàn)榉艧岱磻?yīng)的結(jié)果是上層金屬燃燒產(chǎn)生很大的熱量，對(duì)下層金屬起著預(yù)熱作用。 如氣割低碳鋼時(shí)，由金屬燃燒所產(chǎn)生的熱量約占70，而由預(yù)熱火焰所供給的熱量?jī)H為30。否則，如果金屬燃燒是吸熱反應(yīng)，則下層金屬得不到預(yù)熱，氣割過(guò)程就不能進(jìn)行。 (4)金屬的導(dǎo)熱性不應(yīng)太高。 如果被切割金屬的導(dǎo)熱性太高，則預(yù)熱火焰及氣割過(guò)程中氧化所析出的熱量會(huì)被傳導(dǎo)散失，這樣氣割處溫度急劇下降而低于金屬的燃點(diǎn)，將使氣割不能開(kāi)始或中途停止。 (5