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?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(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3焊接工藝第二章氣焊和氣割§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。4焊接工藝第二章氣焊和氣割二特點(diǎn)氣焊與電弧焊相比，有如下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)備簡單，移動(dòng)方便，無電力供應(yīng)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(diǎn)：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(huì)降低焊縫性能。4）難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。三應(yīng)用適用于薄板的焊接以及低熔點(diǎn)材料的焊接，能用于工具鋼和鑄造類需要預(yù)熱和緩冷的材料的焊接，同時(shí)還廣泛應(yīng)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(bào)廢件的補(bǔ)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?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

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發(fā)熱量中性焰著火點(diǎn)初級氧與爆炸極限（%）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～～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(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（，0℃時(shí)）密度為∕m3，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，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(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)采用一級純度的氧。（2）乙炔

乙炔是碳?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∕m3

。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?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(xué)成分和質(zhì)量有關(guān)。（1）選用原則1）考慮母材金屬的力學(xué)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(shí)，常用的焊絲牌號有H08、H08A等。焊絲的直徑一般為2~4mm，氣焊時(shí)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(xué)成分可參見國家標(biāo)準(zhǔn)。常用焊接用鋼絲的化學(xué)成分牌號化學(xué)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(shí)的助溶劑，其作用是保護(hù)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(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(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(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。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(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。11焊接工藝第二章氣焊和氣割4.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，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10～15m為宜，太長會(huì)增加氣體流動(dòng)的阻力。12焊接工藝第二章氣焊和氣割6.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。

⑴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。⑵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)，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?3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(jìn)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(shí)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(dá)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(shí)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(huì)滲到熔池中造成焊縫滲碳，碳化焰具有較強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(shí)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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?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）火焰能率的選擇火焰能率是以每小時(shí)可燃?xì)怏w（乙炔）的消耗量（L／h）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?；鹧婺苈实拇笮。饕Q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(xì)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(yīng)不斷變化。開始加熱時(shí)α應(yīng)大些，以便能夠較快地加熱焊件，迅速形成熔池；焊件較厚時(shí)，α應(yīng)較大；在結(jié)尾階段，為了更好地添滿尾部焊坑，避免燒穿，α應(yīng)適當(dāng)?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(dòng)，焊絲在焊炬前面，火焰指向焊件的待焊部分。其特點(diǎn)是操作簡單方便，適于焊接較薄和熔點(diǎn)較低的工件。

右向焊焊絲與焊炬從焊縫的左端向右端移動(dòng)，焊絲在焊炬后面，火焰指向焊件的已焊部分。其特點(diǎn)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(yīng)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(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(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、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15