熱切割及坡口準備方法.ppt

1、主要內容列表,1、熱切割方法分類 2、火焰切割 3、火焰切割質量技術要求 4、坡口準備加工 5、等離子切割 6、激光切割 7、金屬粉火焰切割和火焰鉆孔 8、氣體放電熱切割 9、水射流切割 10、勞動保護說明,熱切割是利用集中熱源使材料分離的方法。 熱切割工藝可以按照切割過程的物理過程、機械化程度和能源類型進行分類。 按物理過程分類可以分： 火焰燃燒切割、熔化切割和升華切割 按機械化程度分類可以： 手工、半機械化、全機械化和自動化切割 按能源的分類方式見下圖：,1、熱切割方法分類,2、火焰切割,火焰切割是一種熱切割方法，它除了用于生產(chǎn)下料外，還廣泛用于焊接坡口的制備。對于板厚在3-300mm范圍

2、內的碳鋼和低合金鋼，切割質量最好的熱切割方法是火焰切割。能量的消耗最小，較大部分熱量是通過氧與所切割鋼的放熱反應產(chǎn)生的。 作為材料預熱的熱源，氧乙炔火焰優(yōu)先達到材料的燃燒溫度。氧乙炔火焰是具有最高火焰溫度及火焰效率的火焰。在切割過程中，氧乙炔焰可將被切割的母材迅速地加熱到必要的燃燒溫度。高效切割嘴能達到快速切割的目的。,2.1火焰切割原理 火焰切割是利用氧氣與燃燒氣體混合后燃燒產(chǎn)生的熱能將局部金屬預熱到燃點，然后借助于噴出的高速氧氣流使金屬劇烈燃燒，反應過程向深度和移動方向進行，所產(chǎn)生的氧化物和熔融金屬混合后被切割氧氣流吹出并產(chǎn)生割口。 切割過程實際: 金屬在氧氣中劇烈燃燒反應的過程。,2.2

3、金屬材料的切割性 金屬材料能夠使用火焰切割必須滿足： 1）金屬必須能夠在氧氣中燃燒； 2）金屬材料的燃點低于熔點（含碳量0.25%的鋼材燃點為1250，熔點為1500）； 3）金屬氧化物的熔點低于金屬的熔點； 4）金屬氧化物必須呈稀液狀； 5）金屬燃燒所放出熱量必須能使燃燒反應繼續(xù)進行； 6）金屬的導熱性盡可能小。,火焰切割性,冷切割是不加熱、不發(fā)生火花、不打磨、沒有震動、不向材料加應力的材料分離工藝，主要保證爆炸物或者石油化學管道沒有爆炸危險。,材料的火焰切割性與碳當量有關，碳當量大于0.4時，火焰切割前必須預熱。當碳當量大于1時，材料不具備切割性。,不同燃燒氣體的特性,混合氣體的 火焰溫度

4、和 燃燒速度與 混合比關系,2.3火焰切割設備 切割設備分為：手工切割和機械化切割，主要區(qū)別在于設備費用投入和切割質量上。 火焰切割可實現(xiàn)的切割面有：垂直面或斜面。 1）手工割矩,2）切割嘴 割嘴須與割炬相配合，它的尺寸根據(jù)切割厚度確定。切割嘴有下列類型：環(huán)型割嘴、間隙割嘴、單元割嘴及混合割嘴。 環(huán)型割嘴（兩部分） 環(huán)型割嘴是由切割嘴 和外圍的加熱嘴構成。加 熱火焰從環(huán)型間隙噴出并 切割集中在中間。,間隙割嘴（兩部分） 與環(huán)型割嘴相比，間隙割嘴具有高的切割效率和好的切割凈度。借助圓錐狀的加熱和切割的配合，保證了加熱火焰與切割嘴氧氣束的最佳配合。,單元割嘴（一部分） 單元割嘴是由能保證加熱火焰和

5、切割氧氣束最佳配合的組件構成。,混合割嘴 對于慢燃燒氣體，此割嘴由切割和加熱嘴構成，其它的由一部分構成。在較高熱載情況下，比如像多邊截面，用此嘴具有優(yōu)越性。 割嘴的型號（JB/T7950 快速割嘴） 快速割嘴由其割嘴切割氧孔道的喉部直徑來決定，各個規(guī)格號與相對應的喉部直徑見下表：,3）機械化切割設備 分為半機械化、全機械化以及自動化切割設備三類。,半自動切割圓弧,3、火焰切割質量技術要求,ISO 9013：2000 熱切割-熱切割分類-產(chǎn)品幾何尺寸及質量公差 標準適用于采用 氧燃氣火焰切割、等離子切割以及激光切割的材料，使用范圍分為火焰切割自3mm-300mm、等離子切割自1mm-150mm、

6、激光切割自0.5mm-40mm。 3.1 定義 按ISO 9013標準切割面的質量由： a 直角和斜角誤差u c 后拖量n b 平均粗糙度Rz5 d 邊緣熔化度r,1割炬 2割嘴 3切割束流 4割口 5切割起點 6切割終點 a工件厚度 b割嘴距離 c前進方向 d割口寬度 e切割厚度 f割口寬度 g底部割口寬度 h切割方向,1割口上邊緣 2割口表面 3割口下邊緣 a工件厚度 b割口厚度 c鈍邊厚度 d切割厚 割炬傾角 割口傾角,切割面的質量等級將采用下列參數(shù)進行分等： 直角和斜角誤差u（見表4） 平均粗糙度RZ5（見表4） 以下參數(shù)以目視進行判斷： 后拖量（見表4） 邊緣熔化度r（見表4）,此外

7、還有垂直度，即指實際切斷面與被切割表面的垂線之間的最大偏差。 在測量直角和斜角誤差u 時，應按下圖 將測定范圍先確定下來，即切割面上下緣的a 去除。,表5 不同切割厚度a的a值,3.2切割面的質量分級 關于切割面的質量等級將采用直角和斜角誤差u和平均粗糙度RZ5進行分等。 直角和斜角誤差u 平均粗糙度Rz5,直角和斜角誤差u,平均粗糙度Rz5,3.3 工件尺寸偏差 工件尺寸偏差是指工件基本尺寸（或稱名義尺寸）與切割后的實際尺寸之差值。 工件尺寸偏差分為1、2兩個等級，具體見ISO9013標準。,符號： 氧火焰切割 等離子切割 激光切割 幾種切割方法切割質量（直角和斜角誤差）,3.4 不同切割方

8、法的質量等級,符號： 氧火焰切割 等離子切割 激光切割 幾種切割方法切割質量（平均粗糙度）,3.5 切割面質量標記舉例 例1： 按ISO 9013標準，u為區(qū)域2，RZ5為區(qū)域3。 工件尺寸偏差為1級 例2：文字描述 ISO 9013-342 按ISO 9013標準，u為區(qū)域3，RZ5為區(qū)域4， 工件尺寸偏差為2級。,3.6 火焰切割質量的影響因素 影響火焰切割質量的影響因素主要包括： 氣體（壓力、流量、混合比、純度、類型和溫度等） 割嘴（結構、壽命和切割角度等） 機械裝置（機器結構、壽命和切割速度等） 切割材料（化學成分、厚度和尺寸精度等） 操作者的技術水平和經(jīng)驗程度,合金元素對切割質量的影

9、響 1）碳的影響 當w(C)0.5%時，火焰切割過程就會顯著地變壞；當w(C) 1.0%-1.2%時，無法進行正常的火焰切割。 2）錳的影響 當錳含量很大時，切割過程會大大困難；而w(Mn) 14%時，切割過程將無法進行；當w(Mn) 0.8%和w(Mn) 0.3%時，金屬硬化傾向增高，使接近切割邊緣的硬度和脆性都將增高。 3）硅的影響 金屬中含有一般數(shù)量的硅，對切割過程沒有明顯的影響。當硅含量增加時，形成難熔的SiO2使熔渣的粘度增加，切割過程變得困難，當硅含量很高時，切割過程不能進行。,4）鉻的影響 金屬中含有少量鉻時w(Cr) 4%5%，只是在切割過程中熔渣粘度增加；當鉻含量很大時，由于

10、形成大量難熔的Cr2O3，已不能用普通的火焰切割方法進行切割。 5）鎳的影響 金屬中w(Ni)到7%時，對切割過程影響不大；當w(Ni)高到34%時，切割過程開始變壞。 6）鉬的影響 金屬中w(Mo) 0.25%時，對切割過程沒有影響，但切割邊緣硬度增高。 7）鎢的影響 當w(W)接近10%時，使切割過程受到影響；當w(W)達到20%時，切割過程變得困難；當w(W) 20%時，不能進行氣割。鎢的含量還將引起切口邊緣處的硬度大大提高。,4.1 ISO 9692,4、焊接坡口加工,第1部分：鋼的焊條電弧焊、氣體保護焊、氣焊、TIG焊及高能束焊 第2部分：鋼的埋弧焊 第3部分：鋁及其合金的熔化極氣體

11、保護焊和TIG焊 第4部分：復合鋼板,ISO 9692 焊接及相關工藝推薦的焊接坡口 ISO 2553 焊接、硬釬焊及軟釬焊接頭圖樣上的符號表示法 GB/T 324:2008 焊縫符號表示方法 (譯自ISO 2553) ISO 4063 焊接及相關工藝方法代號 ISO 6947 焊縫工作位置傾角和轉角定義,4.2 焊接坡口 根據(jù)設計或工藝要求，在焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀和尺寸的溝槽，叫坡口。坡口是主要為了焊接工件，保證接頭的強度，可以采用機加工方法加工或者火焰切割。 作用： （1）使熱源（電弧或火焰）能夠進入焊縫根部，保證根部焊透； （2）便于操作和清理焊渣； （3）調整焊縫成型系數(shù)，

12、獲得較好焊縫成型 （4）調節(jié)基本金屬與填充金屬的比例。,4.3 焊接坡口選擇原則 為獲得高質量的焊接接頭，應選擇適當?shù)钠驴谛褪?。坡口的選擇，主要取決于母材厚度、焊接方法和工藝要求。選擇時，應注意以下問題： （1）盡量減少填充金屬量； （2）坡口形狀容易加工； （3）便于焊工操作和清渣； （4）焊后應力和變形盡可能小。 焊接接頭坡口加工質量對焊接過程有很大影響，應符合圖紙或技術條件要求。,V、U、X型坡口的比較,焊接接頭的破口一般使用機械加工或者熱切割工藝加工。根據(jù)切割形式可以分為：垂面直線切割、斜面直線切割、曲線和曲面切割。 焊接接頭的坡口形式：I 型、K型、 U型、 V型、 X型、 Y型,4

13、.4 焊接坡口的制備 焊接接頭的坡口加工方法分為：機械加工和熱切割工藝。熱切割工藝根據(jù)切割形式可以分為垂面直線切割、斜面直線切割、曲線和曲面切割。 坡口的加工方法應根據(jù)焊件的尺寸、形狀、數(shù)量、加工設備以及工作條件等因素來確定。,（1）切割：用氧一乙快火焰手工切割或自動切割機切割加工成 I 形、V形、X形和K形坡口。 （2）碳弧氣刨：主要用于清理焊根時的開槽，效率較高、勞動條件較差。,熱切割工藝,（1）剪邊：以剪板機剪切加工，常用于I形坡口，一般16mm厚以下； （2）刨邊：刨床或刨邊機加工，常用于板件加工，適用于較長坡口； （3）車削：車床或車管機加工，適用于管子加工； （4）鋸削：鋸床加工，

14、適用較短坡口加工； （5）鏟削或磨削：手工或風動、電動工具鏟削或用砂輪機（或角向磨光機）磨削加工，效率低，多用于焊接缺陷返修部位的開槽； （6）坡口加工機：便攜式（手持式）、中型臺式、大型床式等。,機械加工,4.5 焊接接頭坡口舉例,熱 切 割： 火焰（割炬，自動或半自動、數(shù)控切割機）、等離子、激光器 機械加工： 剪邊（剪板機）、鋸邊（鋸床）、刨邊（刨床或刨邊機）、沖壓（磨切）,5、等離子切割,等離子切割是一種熔化切割，在切割過程中母材被等離子束熔化，并被吹成切槽。 目前，還使用氧化性氣體作為切割氣體以及氣體加上水流噴射用于切割。而這兩種切割方法中被壓縮的等離子弧來自等離子電源。 等離子切割可

15、以用于所有可熔化的材料，包括高合金鋼、鋁及其合金、銅及其合金等。 根據(jù)原理不同等離子切割可分為： 非轉移弧等離子切割 轉移弧等離子切割 二次氣體等離子切割 水流束等離子切割,根據(jù)使用氣體不同可分為： 空氣切割等離子切割 氧氣等離子切割 氮氣等離子切割 氬氣-氫氣等離子切割 水射流等離子切割等,等離子切割氣體應用舉例 氬氣+氫氣切割高合金鋼、有色金屬（鋁合 金、鈦、鉬等） 氮氣切割高合金鋼、鋁、鈦、銅 氧氣切割結構鋼 壓縮空氣切割結構鋼、鉻鎳鋼 氬氣+氮氣切割鉻鎳鋼 氬氣+氮氣+氫氣切割鉻鎳鋼 二氧化碳切割高合金鋼,切割氣體特性,等離子切割參數(shù),6、激光切割,激光切割包括：激光氧化切割、激光熔化

16、切割和激光升華切割。 激光是理想的光源，具有單色相關性的特點。對于材料加工，采用CO2激光器。激光通過凸透鏡，使激光束聚焦到工件表面，激光束的斑點直徑為0.1-0.2mm。 根據(jù)切割對象的不同，可以使用氧氣、氮氣、氬氣、氦氣或壓縮空氣切割，而氧氣使受激光束加熱的材料燃燒。激光切割的特點是有較高的切割功率和切割質量。,1）激光氧化切割 被切割材料被迅速加熱到熔點以上，然后吹入純氧或壓縮空氣，使氧與金屬發(fā)生激烈的氧化反應放出大量的熱，加熱下一層的金屬，金屬繼續(xù)被氧化并借助氣體壓力將金屬氧化物從切口中吹掉。 2）激光熔化切割 切割時使材料被迅速加熱到熔點以上，然后借助于噴射惰性氣體將熔化的金屬材料從

17、切口中吹掉。,3）激光升華切割 當激光束照射時，被切割材料被迅速加熱氣化并以蒸發(fā)的形式有切割區(qū)逸散掉。,激光器分類,按工作物質性質分： 氣體激光器、固體激光器、液體激光器； 按工作方式區(qū)分： 連續(xù)型激光器和脈沖型激光器； 按能量輸出分： 大功率激光器和小功率激光器。,對于焊接和切割等材料加工，主要采用CO2激光器，激光氣是由45%CO2、13.5% N2和82% He組成的混合氣體。 激光切割參數(shù),使用激光可切割金屬材料、塑料、木材和陶瓷材料,7、金屬粉火焰切割和火焰鉆孔,1）金屬粉末切割 金屬粉末切割是向反應部位送進金屬粉末的火焰切割。通過金屬粉末的燃燒所產(chǎn)生的附加熱量以及所生成的金屬氧化物

18、使得切割熔渣相當稀薄，從而能夠用切割氧束流易于將熔渣吹走。 金屬粉末切割可以用于有色金屬、鑄鐵、高合金鋼和混凝土的切割。,2） 火焰鉆孔 火焰鉆孔是用氧矛在礦石或金屬材料內鉆孔，它是一種熱鉆孔法。 在礦石材料中，氧矛燃燒所產(chǎn)生得金屬氧化物在接觸礦石時將粘性得礦石熔融物在形成硅酸鹽得情況下，轉變?yōu)橐环N稀薄得熔渣（熔巖），然后用氧束流將此熔渣吹出。,8、氣體放電熱切割,1）電弧氧氣切割 電弧-氧氣切割是利用電弧和切割純氧進行切割的熱切割方法。 電弧-氧氣切割時，電極采用特制的空心焊條，焊條的藥皮起穩(wěn)定電弧和增大熔化金屬流動性的作用。電弧在空心電極與工件之間燃燒，由電弧和材料燃燒產(chǎn)生的熱量使材料和切

19、割氧產(chǎn)生連續(xù)燃燒反應，反應向厚度和加工方向進行，產(chǎn)生的氧化物和熔融物被切割氧吹出，形成割口。,2）碳弧切割 碳弧切割一種利用電弧和壓縮空氣在材料表面進行切割的熱切割方法。碳弧氣刨時，電弧在碳（石墨）電極與工件之間燃燒，由電弧和材料燃燒產(chǎn)生的熱量使材料熔化，并與空氣產(chǎn)生連續(xù)燃燒反應，反應向厚度和加工方向進行，壓縮空氣從割炬噴氣孔噴出，并沿碳棒側面或四周噴向電弧在工件上的燃著點，吹除熔化金屬和熔渣，形成切口。 3）碳弧氣刨（原理與碳弧切割相同）,電弧-氧氣切割參數(shù),電弧壓縮空氣切割參數(shù),電弧氣割適用范圍及特點 （1）在清除焊縫缺陷和清理焊根時，能在電弧下清楚地觀察到缺陷的形狀和深度，生產(chǎn)效率高，同

20、時可對缺陷進行修復。 （2）可用來加工焊縫坡口，特別適用于開U型坡口； （3）使用方便，操作靈活； （4）可進行全位置操作?？梢郧謇龛T件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷；,（5）加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、高合金鋼、銅和鋁及其合金等，對有耐腐蝕要求的不銹鋼一般不采用此種方法切割； （6）設備、工具簡單，操作使用安全； （7）碳弧氣割可能產(chǎn)生的缺陷有夾碳、粘渣、銅斑、割槽尺寸和形狀不規(guī)則等。,電弧切割的安全操作 電弧切割應遵守手工電弧焊的施工安全操作規(guī)定，然后還應注意以下幾點： （1）電弧切割時電流較大，要防止焊機過載發(fā)熱； （2）電弧切割時煙塵大，操作者應佩戴送風式面罩。作業(yè)場地

21、必須采取排煙除塵措施，加強通風； （3）電弧切割時大量高溫液態(tài)金屬及氧化物從電弧下被吹出，應防止燙傷和火災； （4）電弧切割時噪聲較大，操作者應戴耳塞。,9、水射流切割,1）工作原理 水射流切割是將水增至超高壓100-400MPa，經(jīng)節(jié)流小孔（0.15-0.4mm），使水壓熱能轉變?yōu)樯淞鲃幽埽魉龠_900mm/s），用這種高速密集的水射流進行切割。 磨料水射流切割則是再往水射流中混入磨料粒子，經(jīng)混合管形成磨料射流進行切割。在磨料射流中，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質量大、硬度高，磨料水射流較之水射流其射流動能更大，切割效能更強。,2）特點： （1）無切割方向限制，完成各種異形加工； （2）在工件上所產(chǎn)生的側向力極小，可降低設定時間及節(jié)省使用夾具成本； （3）加工不會產(chǎn)生熱變形，不需二次加工，可節(jié)省時間及制造成本； （4）加工切割速度快，效率高，加工成本低。 （5）水射流切割無塵、無味、無毒、無火花、振動小、噪聲低?？梢郧懈罡鞣N金屬、非金屬材料，各種硬、脆、韌性材料，如鈦鎳合金、陶瓷、玻璃、復合材料等。,3）優(yōu)點： （1）可以輕松地切割不銹鋼板或堅硬的大理石、花崗巖等，對那些因其他方法難以切割的材料如芳綸、鈦合金等各種復合材料更是非常理想或唯一的加工手段。 （2）切割時不會產(chǎn)生裂痕，它可以切割間隙很窄的材料。一般而言，