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021气焊与气割原理 13-13第二章 气焊与气割第一节 气焊与气割的基本原理适用范围与安全特点一 气焊与气割的基本原理和适用范围1 气焊：气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰去熔化焊接接头处的金属和焊丝，使之熔化并重新结晶从而达到牢固连接的焊接方法。这是利用化学能转变成热能的一种熔化焊方法。它具有设备简单，操作方便，不需要电力等优点。同时也具有焊接效率低，焊缝质量差，等缺点。但是，虽然气焊早已不是主要的焊接方法，但是它的操作技术却是现代焊接方法钨极氩弧焊所不可缺少的基础训练。掌握气焊操作技术，就很容易掌握钨极氩弧焊操作方法。l 可燃气体：乙炔(C2H2)，液化石油气：包括丙烷(C3H8)，丁烷(C4H10)，丙稀(C3H6)，另外，氢气(H2)也曾经作为可燃气体使用过，称为原子氢焊，现在早已淘汰。l 助燃气体：氧气(O2)l 气焊工具：气焊枪，氧气瓶，乙炔瓶，氧气减压器，乙炔减压器，氧气输送管(蓝色)，乙炔输送管(红色)，回火防止器。l 气焊器材：焊丝，焊剂。在焊接低碳钢的时候不需要焊剂，只有在焊接有色金属，铸铁或者不锈钢时才使用焊剂。焊剂的作用是在气焊火焰的高温下与金属表面的氧化膜发生化学反应将其消除并且在熔池表面形成熔渣，保护熔池金属不被氧化，提高熔池金属的流动性，改善焊缝成型。2 气割：气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件预热到一定温度，喷出高速切割氧气流，使得金属剧烈氧化并放出热量，切割氧气流把熔化状态的氧化物吹除，从而实现切割的方法。简单的说，气割过程就是：预热燃烧吹除的过程，并非是金属的熔化过程。a 适合气割的金属所必须具备的性质：l 金属氧化物的生成温度必须低于金属的熔化温度；这是因为气割并不是把金属熔化后吹除，而是利用金属氧化产生的热量不断地使金属持续氧化，生成大量没有强度的金属氧化物，然后用切割氧气流把这些没有强度的金属氧化物吹除。l 金属能同氧发生剧烈的氧化反应，并放出足够的热量；气割时，割缝处的温度完全是依靠金属氧化放出的热量来保持的。l 被切割金属的导热性不应太高。否则气割过程的热量将迅速散失，使切割不能开始或被中断。l 金属化合物的熔点一定要低于金属熔点。否则金属的切割将成为熔割过程。其实这种假说并完全正确。l 生成的氧化物应该易于流动，否则切割时生成的氧化物熔渣本身不被氧气流吹走，而妨碍切割进行。满足上述性质的金属只有碳钢和低合金钢。l 首先，铁在970以上就会被氧化，是纯粹的氧化反应，没有电流产生，不是电化学反应。而铁的熔点是1583；满足第一个条件；l 其次，铁的氧化过程是放热反应，放出的热量很多，满足第二个条件；比如：2Fe+O2=2FeO+533(kJ)/mol氧化亚铁又称一氧化铁，黑色粉末，熔点为13691，相对密度为5.7，溶于酸，不溶于水和碱溶液。极不稳定，易被氧化成三氧化二铁；在空气中加热会迅速被氧化成四氧化三铁。2Fe+1.5O2=Fe2O3+825KJ/mol三氧化二铁是棕红(红)色或黑色粉末，俗称铁红，熔点为1565，相对密度为5.24。在自然界以赤铁矿形式存在。也可以在铁的电化学反应中生成，呈黄褐色粉末状物质。三氧化二铁不溶于水，也不与水起作用。3Fe+2O2=Fe3O4+1120KJ/mol四氧化三铁为黑色晶体，熔点为15945，相对密度为5.18，具有很好的磁性，故又称为“磁性氧化铁”。它是天然产磁铁矿的主要成分，潮湿状态下在空气中容易氧化成三氧化二铁。不溶于水，溶于酸。l 实际切割过程中铁与氧的氧化反应如下： Fe 在970以上能和O2反应，按照逐级转化的方式，先氧化成FeO, 再生成黑色的Fe3O4, 当O2的分解压较高时还会进一步生成红棕色的Fe2O3。 2Fe+O2=2FeO+533(kJ)6FeO+O2=2Fe3O4+644(kJ)4Fe3O4+O2=6Fe2O3+448(kJ)l 铁的导热性与其他有色金属相比是很差的，但是强于不锈钢和钛合金，保持热量的能力满足气割需要；满足第三个条件；l 虽然铁的氧化物当中只有氧化亚铁的熔点低于铁的熔点，三氧化二铁，四氧化三铁的熔点都高于铁的熔点。但相差不多。对于低碳钢，表面被预热氧加热时产生的氧化物主要是氧化亚铁，然后被加热氧化成四氧化三铁。满足第四个条件。不过，对于铸铁，其熔点大约在1143左右，大大低于任何一种氧化铁的熔化温度，所以铸铁不能用气割切割。l 铁的氧化物流动性很好，基本上没有强度，很容易被气流吹除。满足第五个条件。3气焊与气割的优缺点：a气焊的优缺点：设备简单，使用灵活；可以焊接铸铁，铝合金；不需要电力； 效率低，焊接质量差，焊接件变形大，难以实现机械化操作；b 气割的优缺点：设备简单，使用灵活，不需要电力； 一般只能切割碳钢，切口处渗碳形成硬化层，工件容易变形；二 气焊与气割的安全特点：a 防止氧气瓶，乙炔瓶受热，爆晒，碰撞引起爆炸；b 防止乙炔管回火造成乙炔瓶爆炸，c 防止切割熔渣四处飞溅引起火灾。第二节 气焊气割火焰及工艺参数的选择一 气焊气割火焰：a 氧乙炔火焰温度大约3150，是气焊气割主要采用的火焰。b 氧丙烷火焰温度大约2520，在气割领域已经完全取代氧乙炔焰。c 氧氢气火焰温度大约2770，氢氧焰历史最为悠久，但是温度低，不安全，主要用于水下切割。l 氧乙炔焰和氧丙烷的燃烧过程：a第一阶段：乙炔(丙烷)燃烧是以两次燃烧的形式进行的。一次燃烧是燃气和氧气的混合气从焊，割炬口喷出时形成的： 乙炔：C2H2+O2=2CO+H219083KJ/m3丙烷：2C3H8+3O2=6CO+8H2 10041KJ/m3一次燃烧的产物为CO和H2，燃烧产生的热量为一次火焰热值。一次燃烧形成焊，割炬的内焰，它是火焰中最明亮的区域，也是温度最高的区域。b第二阶段：一次燃烧的产物CO和在内焰的外部与O2继续反应进行二次燃烧：丙烷：6CO+8H2+7O2=8H2O6CO294416KJ/m3乙炔：4CO+2H2+3O2=2H2O4CO236162KJ/m3二次燃烧的产物是H2O和CO2。二次燃烧形成焊，割炬的外焰，产生的热量构成二次火焰热值。1火焰的分类：a中性焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H21.11.2的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：第一阶段燃烧时既无过剩氧又无游离碳。火焰可以区分成焰芯，内焰，外焰；l 焰芯：(8001200)；呈锥形，色白，明亮。轮廓清楚。焰芯由乙炔和氧气组成，外表分布着乙炔分解形成的炽热白亮的碳粒。焰芯进行第一阶段燃烧，由于乙炔分解吸收热量，焰芯白亮但温度低。l 内焰：(31003150)；从焰芯白亮的碳粒向外24mm，呈蓝白色，有深蓝色线条。与外焰没有明显界面。由一氧化碳CO和氢气H2组成，由于一氧化碳和氢气都具有还原作用，而且这个区域温度最高，所以焊接就在内焰中进行。工件应距离焰芯24mm长度位置，恰好位于内焰温度最高处。Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2Fe2O33CO=2Fe3CO2FeO+CO=Fe+CO2FeO2H=Fe2OHFe2O3+3H2=2Fe + 3H2O 注意，上述反应都是可逆的，要想反应完全必须在800以上，气焊火焰的内焰显然可以满足这个条件。另外，氢气还原氧化铁形成的铁是化学纯，纯度比较高。下图是我们在初中化学课程做过的一个实验，酒精灯把三氧化二铁粉末加热之后，玻璃管中吹入一氧化碳气体，反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙水溶液也就是熟石灰水发生反应生成碳酸钙，碳酸钙几乎不溶解于水，所以溶液变得浑浊，同时二氧化碳气体使得气球鼓胀。 外焰：(12002500)。处在内焰的外部，从里向外由淡紫色变为橙黄色。在外焰进行第二阶段的燃烧，来自内焰的一氧化碳和氢气在这里与空气中的氧进行第二阶段的燃烧。生成物是二氧化碳和水。由于二氧化碳和水在高温下都会分解，分解出来的氧容易导致金属氧化，所以，外焰具有氧化性。l 中性焰的调节方法： 由大至小：中性焰（大）减少氧气出现羽状焰减少乙炔调为中性焰（小）。 由小至大：中性焰（小）加乙炔羽状焰变大加氧气调为中性焰（大）。b碳化焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H21.1的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：氧气供应量不足，第一阶段燃烧不完全，存在大量游离碳；火焰可以分成焰芯，外焰，内焰，但火焰挺度差，柔软；乙炔越是过剩，火焰越柔软，白色；甚至冒黑烟；成为一盏电石灯；l 焰芯：很长，呈蓝白色；由一氧化碳，氢气和碳粒组成。l 内焰：很长，呈淡白色；由于氧气较少，燃烧不完全，整个火焰比中性焰长，且温度也较低，最高温度约为2700-3000。由于碳化焰中的乙炔过剩，所以内焰中有多余的游离碳，具有较强的还原作用，也有一定的渗碳作用。轻微碳化焰适用于气焊高碳钢，铸铁，硬质合金等材料。l 外焰：特别长，呈桔红色；由水蒸气，氢气，氧气，二氧化碳和游离碳组成；l 碳化焰的调节方法：点火后，可将乙炔调节阀开得稍大一点，然后控制氧气调节阀的开启程度。随着氧气供应量的增加，内焰的外形逐渐减小，火焰的挺直度也随之增强，直至焰芯呈蓝白色，内焰呈谈白色，外焰呈橙黄色为止。c氧化焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H21.2的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：氧气供应过剩，在锥形焰芯外面形成一个具有氧化性的富氧区。伴随着咝咝气流声。氧化焰比较短，氧气越是过剩，火焰就越短。焰芯：蓝紫色，轮廓不明显内焰：很短，几乎看不到；温度高达31003400；外焰：蓝色，火焰挺度好；各种氧乙炔火焰2各种火焰的适用范围：焊接材料火焰种类焊接材料火焰种类低碳钢，中碳钢中性焰紫铜中性焰低合金钢中性焰锡青铜轻微碳化焰高碳钢轻微碳化焰黄铜氧化焰灰口铸铁碳化焰，轻微碳化焰铝，铝合金中性焰，轻微碳化焰高速钢碳化焰蒙乃尔合金碳化焰锰钢轻微碳化焰镍碳化焰，轻微碳化焰镀锌铁板氧化焰硬质合金碳化焰不锈钢中性焰，轻微碳化焰铅，锡中性焰，轻微碳化焰二 气焊的主要工艺参数：l 气焊的主要工艺参数包括：焊丝牌号和直径，溶剂，火焰种类，火焰能率，焊矩型号和焊嘴号码，焊嘴倾角，焊接速度1 焊丝牌号和直径的选择：气焊用焊丝与手工钨极氩弧焊用焊丝在成分和牌号方面没有区别。由于焊丝牌号非常多，这里仅仅举出几个例子供各位参考。碳素钢焊丝牌号化 学 成 分CMnSiCrNiSPH080.10.30.550.030.20.040.04H08A0.10.30.550.030.20.030.03H08E0.10.30.550.030.20.0250.025H08Mn0.10.81.100.070.20.040.04H08MnA0.10.81.100.070.20.030.03H15Mn0.10.81.100.030.20.040.04表格中可见，普通等级的碳素钢焊丝硫磷含量都比较高。铜及铜合金焊丝牌号名称成分熔点接头抗拉强度MpaGB9460用途工艺条件保证值一般结果HS201紫铜焊丝Sn 0.81.2Si 0.20.5Mn 0.20.5P0.020.15Cu 余量1050无氧铜或脱氧铜的氩弧焊196220HSCu氩弧焊气焊HS202低 磷紫铜焊丝P0.20.4Cu 余量1060无氧铜气焊160紫铜气焊HS220锡黄铜焊丝Sn 0.51.5Cu 5761Zn 余量886HSCuZn-2黄铜，铜合金气焊钎焊HS221锡黄铜焊丝Cu 5961Sn 0.81.2Si 0.150.35Zn 余量890H62黄铜气焊333450HSCuZn-3黄铜气焊铜，钢，铸铁钎焊HS221(焊丝221用途最广，除气焊外，还可用于铜，铜镍合金，钢，铸铁，硬质合金刀具的钎焊)焊丝直径的选择工件厚度1.02.02.03.03.05.05.010.01015焊丝直径1.02.02.03.03.04.03.05.04.06.02 火焰种类的选择：我们在刚才“各种火焰的适用范围”部分已经讨论过了。一般地，l 需要尽量减少元素烧损时，使用中性焰；l 需要增碳和还原气氛时，比如高碳钢，铸铁，使用碳化焰；l 母材中含有低熔点元素比如锡Sn，锌Zn，需要生成氧化膜覆盖在熔池表面阻止低熔点元素的蒸发时，使用轻微氧化焰；3 火焰能率的选择：实际上就是调节火焰的大小，我们也在“中性焰的调节方法”中已经讨论过了。4 焊嘴倾角的选择：焊嘴倾角的大小要根据焊嘴的大小和焊接件厚度，熔点，导热性等因素综合考虑的。l 焊嘴倾角大，甚至与焊接件垂直，火焰热量散失少，焊接件升温快；反之热量散失多，升温慢；l 开始焊接时，为尽快形成熔池，焊嘴倾角8090度；l 焊接结束时，为避免弧坑过热，应适当抬高焊嘴，并减小焊嘴倾角为3040度，甚至对工件和焊丝交替加热的方法来避免弧坑过热；l 一般地，焊嘴与焊丝夹角90100度，焊丝与工件倾角3040度；5焊接溶剂的选择：焊接碳钢不需要溶剂。在焊接有色金属、铸铁以及不锈钢等材料时，气焊过程中被加热的金属极易生成氧化物，使焊缝产生气孔及夹渣等缺陷。为了防止氧化及消除已形成的氧化物，通常需要加气焊熔剂。在气焊过程中，将熔剂直接加到熔池内，使其与高熔点的金属氧化物形成熔渣浮在上面，将熔池与空气隔离，防止熔池金属在高温时被继续氧化。因此气焊熔剂的作用主要有：a 保护熔池，减少有害气体氧，氮的侵入；b 去除熔池中已经形成的氧化物杂质；c 增加熔池金属的流动性；气焊溶剂牌号名称成分熔点用途CJ101不锈钢耐热钢气焊溶剂高岭土30低碳锰铁10大理石28 硅 铁 6钛白粉20 钛 铁 6900良好的浸润作用，能防止液态金属被氧化，脱渣性好CJ201铸铁气焊溶剂H3BO3 18 MnO3 7 Na2CO3 40 NaNO3 15NaHCO3 20650呈碱性反应，易潮解，能有效去除铸铁焊接时产生的硅酸盐和氧化物，加速金属熔化CJ301铜及铜合金气焊溶剂H3BO3 7679Na2B4O7 16.518.5AlPO4 4.05.5650紫铜，黄铜，锡青铜的气焊；呈酸性反应，能有效溶解氧化铜及氧化亚铜CJ401铝及铝合金气焊溶剂KCl 49.552NaCl 2730LiCl 13.515NaF 7.59560呈碱性反应，易潮解，能有效破坏铝表面的氧化膜，在空气中对铝具有腐蚀性，焊后必须将其彻底清除5 焊接速度的选择：l 厚度大的工件，焊接开始时，焊接速度慢；l 厚度薄的工件，焊接结束时，焊接速度快；三 气割的主要工艺参数：l 气割的主要工艺参数包括割炬型号割嘴型号与切割氧压力，气割速度，预热火焰能率，割嘴与工件倾角，割嘴与工件距离等1 割炬型号割嘴型号与切割氧压力：如下表所示割炬型号割嘴型号切割氧压力对照表割炬型号G0130G01100G02100结构形式射 吸 式等 压 式割嘴号码123123123割嘴孔径mm0.60.81.01.01.31.60.81.01.2切割厚度mm21010202030102525305010051010252540氧气压力Mpa0.200.250.300.200.350.500.250.300.35乙炔压力Mpa0.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0250.10.0300.10.0400.1氧气消耗量m3/h0.81.42.22.22.73.54.25.57.3乙炔消耗量L/h210240310350400400500500610割嘴形状环 形梅花形和环形梅花形l 割嘴型号含义：G割炬；0手工；1射吸式；2等压式；30，100，300可切割的最大厚度l 氧气纯度不低于99.5%，若95以下，所含有的氮气会吸收热量，切割过程很难进行2 气割速度：l 后拖量：所谓后拖量是指切割面上的切割氧气流的起始点与终点在水平方向上的距离。l 在切割时，后拖量总是难以避免的。尤其是在切割厚板时更为显著。切割速度应当保证后拖量最小为原则。气割速度合适时，熔渣和火花垂直向下；速度太快时，产生较大的后拖量，不易切透，火花向后面，造成铁渣向上涌起，容易堵塞割嘴产生回火现象。3预热火焰能率：实际上就是指预热氧气流量的大小。l 预热火焰的作用：把钢材加热到能够在氧气中燃烧的温度，并始终保持这一温度；使得钢材表面的氧化皮剥离和熔化，便于切割氧与金属接触；l 预热火焰过大，割缝上缘产生连续状钢珠，甚至熔化成圆角。割缝背面挂渣增多，不易吹除。l 预热火焰过小，经常出现割不透的现象。4割嘴与工件的倾角：割嘴与工件的倾角根据工件厚度来确定。l 4mm以下钢板气割，割嘴可以后倾2545度，以增加切割厚度。类似焊接时的前进法。l 420mm钢板气割，割嘴可以后倾2030度角；l 20mm厚度以上钢板气割，割嘴应与钢板垂直。l 在1624mm钢板中间开孔时，预热可以让割嘴与钢板垂直，预热时间要长于从钢板边缘切割的时间。打开切割氧切割时，割嘴应先前倾45度让高压氧气流向后吹，给熔渣提供流动空间，待割穿钢板，熔渣可以下坠成为挂渣时再改成割嘴垂直于钢板。否则会使得熔渣向上涌起，堵塞割嘴导致回火。5割嘴与工件的距离：通常应使焰芯距离工件表面35mm。切割薄板割嘴可以距离钢板远些，但切割厚板应距离近些。如果使用液化石油气或者特利气，割嘴几乎贴近钢板。第三节 气割常用气体的性质及安全特点一 乙炔：1乙炔的物理化学性质：乙炔分子式C2H2，常温和大气压力下是一种无色无嗅的气体。工业乙炔因为含有硫化氢H2S和磷化氢H3P，因而具有特殊臭味。标准状态下密度为1.17kg/m3；沸点83，溶点85。液体和固体乙炔可能因为摩擦和撞击而爆炸。 乙炔与空气混合气燃烧温度为2350； 乙炔与氧气混合气燃烧温度为3150； 乙炔的完全燃烧反应式：2C2H25O24CO22H2O2599.2KJ 即1体积的乙炔完全燃烧需要与2.5体积的氧气进行反应。2纯乙炔的分解爆炸性：a高温高压会导致密闭体中的乙炔爆炸：l 温度超过200300时，乙炔开始聚合成更复杂的化合物苯(C6H6),苯乙烯(C8H8),萘(C10H8),甲苯(C7H8),聚合作用会放出热量，加快聚合速度，如此互为因果，当温度上升到500时，尚未聚合的乙炔会发生分解，同样放出热量C2H22CH2226KJ/mol，生成碳粒及氢气，如果这种分解在密闭体比如乙炔瓶中进行，那么由于温度升高压力急遽增大1013倍而爆炸。正常温度下的乙炔瓶如果遭到剧烈碰撞，瓶中气体会吸收动能导致气体分子布朗运动加速，而布朗运动的加剧就意味着温度的升高。所以，乙炔不能像液化石油气那样用钢瓶压缩储存，乙炔瓶不能靠近热源，碰撞或者日光爆晒。b容积大的容器会导致乙炔爆炸：l 乙炔的分解爆炸与存放的容器的形状和容积有关，容器越小越不容易爆炸，在毛细管中，由于壁面的冷却作用，使得乙炔爆炸概率大大降低。所以乙炔胶管管径较小，管壁较薄。c某些金属与乙炔长期接触会导致爆炸：l 乙炔与铜，银，汞长期接触，会形成乙炔铜(Cu2C)和乙炔银(Ag2C2)，受到摩擦或者撞击会爆炸。所以供乙炔使用的所有器材都不能用银或者含量超过75的铜来制造。e乙炔起火不能用四氯化碳灭火：l 乙炔与氯及次氯酸盐化合，在日光或者加热的条件下会爆炸，所以乙炔起火要不能用四氯化碳灭火。3 乙炔与空气或氧气的混合气的爆炸性：可燃气体可燃气体在混合气中的含量空气中氧气中乙炔2.281.02.893氢气3.381.54.693.9一氧化碳11.477.515.593.9甲烷4.816.75.059.2天然气4.814.0石油气3.516.3 表中可见乙炔无论与空气或者氧气混合，爆炸区间都特别大，属于极度易爆气体。安全性很差。而相比之下液化石油气的爆炸区间很小，相当安全。4 乙炔的贮存：乙炔溶解在液体中，可以极大地降低它的爆炸性。乙炔在丙酮中的溶解度相当大，15，0.1Mpa时，1升丙酮可以溶解23升乙炔，压力增大到1.42Mpa时，1升丙酮可以溶解乙炔400升。所以，乙炔是用装有丙酮的溶解乙炔钢瓶来贮存和运输的。但是，丙酮本身也是一种易燃易爆的液体，溶解乙炔钢瓶开启的时候，要保证瓶口安装的减压阀时刻处于最高的位置。防止丙酮流出。现阶段使用的瓶装乙炔气是采用溶解吸附原理灌装而成，因为乙炔气是不可压缩气体，为了方便运输和使用，在乙炔钢瓶里填充上活性炭，然后再装进一定量的丙酮，用一定的压力将乙炔气充进钢瓶，利用乙炔气在丙酮中溶解性较大和活性碳的吸附原理充装乙炔气。一般国家标准是钢瓶里14kg丙酮溶解5-7kg乙炔气，充装一瓶乙炔气耗时6小时以上，耗时长、不安全。生产一吨乙炔气需耗电3600千瓦时和一吨多焦炭，以及大量的人工，每瓶乙炔气的直接成本在50元以上，因而各地普遍存在短斤少两、充装不足的现象，这已经成了生产者和使用者心照不宣的公开秘密，积重难返。5 乙炔中的杂质：乙炔中可能含有的杂质包括磷化氢(H3P)，硫化氢(H2S)，以及空气。磷化氢或者硫化氢不仅增大了乙炔的爆炸危险性，其中的磷，硫还会转移到钢材中，导致裂缝。乙炔中含有空气则容易引起爆炸。批量购买的溶解乙炔则不应存在上述杂质超标的现象。二 液化石油气(丙烷)：乙炔属于高能耗产品，国家限制生产，价格日见高昂。随着我国石化工业的发展，在炼油副产品丙烷中加入少量添加剂，制成的新型焊割用燃气，可克服乙炔能耗高，不安全的缺点，其经济效益显著。丙烷(C3H8)分子量为44.06，在0气态时的密度为2.014g/L， 比空气重。逸出时易沉积于地面上的凹坑，地沟处，遇火就会燃烧。在空气中的体积比为2.39.5时，遇火星会爆炸。但是这个爆炸区间比乙炔小很多。工业应用时应注意场地平整，通风良好，严防丙烷逸出，同时严禁烟火。丙烷在氧气中的燃烧速度为4m/s, 比乙炔的燃烧速度 (8m/s) 低得多，故氧丙烷气不易产生回火。丙烷在空气中，气压为0.1MPa下的燃点为515543，比乙炔的燃点 (406440) 高，要用明火才能点燃丙烷。因此丙烷较乙炔相对安全，但使用丙烷气时必须另配明火点火装置。1970年美国首先发明FXDH新燃料添加剂(俗称“工业味精”)，将其微量加入化工原料催化合成新添加剂的阻聚，活化，催化等作用使燃气的火焰燃烧温度提高数百度，达3320至3400(据美国介绍，添加剂的工作原理有二方面，一是能改变火焰频率和波长。能被加热材料所吸收，二是可以抑制火焰向外辐射散热能量，火焰较集中，达到较高温度)，1976年美国用于军事工业，切割装甲车钢板，产品申请了专利。1990年代初，产品向世界市场开放转让，引起日本很大震动。所谓“焊割行业的第一次革命”。目前，已畅销欧，亚，美洲各国。但是美国FXDH燃料添加剂的价格极其昂贵，国内研发的添加剂尚不过关。所以，基本上国内企业使用的替代乙炔的工业燃气还是纯丙烷。l 丙烷与乙炔的等价热量成本对照： 丙烷的气态标准燃烧热为 -2219.1 kJ/mol, 它在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为：C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2219.1(kJ) (1)乙炔(C2H2)分子量为26.01, 在0，气态时的密度为1.173g/L, 比空气轻。乙炔的气态标准燃烧热为 -1299.6 kJ/mol, 在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为：2C2H2+5O2=2CO2+2H2O+2599.2(kJ) (2)由式 (1) 和式 (2) 可分别计算出1mol丙烷及等价热量的乙炔完全燃烧所需的生产成本 (按丙烷气市价100130元/15千克，乙炔60元/5千克，氧气等价热量时,1.75元/米3)：按此计算1mol,丙烷气成本为0.490.58元,等价热量时,乙炔成本为0.7元。这样，使用丙烷的成本节约率为17.14 % 。l 丙烷和乙炔用于钢板切割时的成本对照：实际上，丙烷气和乙炔的燃烧是以两次燃烧的形式进行的。将它们用于钢板焊割时，一次燃烧是燃气和氧气的混合气从割炬口喷出时形成的：丙烷：2C3H8+3O2=6CO+8H2(3)乙炔：C2H2+O2=2CO+H2(4)一次燃烧的产物为CO和H2，燃烧产生的热量为一次火焰热值。一次燃烧形成割炬的内焰，它是火焰中最明亮的区域，也是温度最高的区域。中性焰时，氧丙烷焰温度可达2 520，氧乙炔焰温度更高达3 150 。一次燃烧的产物CO和在内焰的外部与O2继续反应进行二次燃烧：丙烷：6CO+8H2+7O2=8H2O+6CO2(5)乙炔：4CO+2H2+3O2=2H2O+4CO2(6)二次燃烧的产物是H2O和CO2。二次燃烧形成焊、割炬的外焰，产生的热量也即燃气的二次火焰热值。下表为丙烷和乙炔的两次燃烧热值燃气种类丙烷乙炔一次火焰热值/(kJ.m3)1004119083二次火焰热值/(kJ.m3)9441636162总热值/(kJ. m3)10445755245一次热值占总热值的百分比%9.634.5由表可知，丙烷的总热值虽然很高，但一次火焰热值较小，不到总热值的10%，而乙炔的一次热值占总热值的30%以上。乙炔的一次火焰热值是丙烷的1.9倍。因此，乙炔气的火焰温度比丙烷气的要高得多。对两种燃气的使用成本进行对比试验。试验在数控火焰气割机上进行，试验材料为Q235A 钢板，氧气纯度99.5%， 气割质量以符合JB 3092-82火焰切割面质量技术要求标准的表面粗糙度1级和平面度1级为准。乙炔采用GK1型割嘴，丙烷采用GKJ3型割嘴。由于丙烷的燃烧温度较低，气割时预热时间较长。一般地，丙烷1价格为130元/ 15千克，丙烷2价格为100元/ 15千克；当钢板厚度60mm时，两种燃气的使用成本相差不大。使用乙炔比使用130元/15千克价格的丙烷气成本略低。但60mm以上钢板采用丙烷气割节约成本显著。丙烷气价格在100元/15千克时，采用丙烷气割对各种板厚均节约成本。这显然有利于丙烷气的推广应用。试验结果表明，板厚60mm的钢板气割时，由于丙烷气的二次热值很高，气割时二次热值未充分利用而钢板已割通，因而使用丙烷气的热量利用率低。在厚板切割时，两种燃气的热值都能得到较充分地利用，而丙烷气的总热值较高，因此丙烷气的气割成本较低。板越厚，使用丙烷气节约成本越显著。理想情况下，可达到前面所述完全燃烧情况下使用丙烷气的成本节约率。 从实际使用效果来看，用丙烷的确比用乙炔成本低，这是由于乙炔属于限制生产的高能耗产品，价格高昂，经常少称的缘故。l 液化石油气的安全特点：a 气态石油气比空气重，容易滞留积聚在低洼或者死角处，在密闭结构或者船体结构内操作需良好通风；b 液化石油气对橡胶具有腐蚀性，输送胶管和衬垫必须采用耐油橡胶，不得随便采用普通橡胶。c 液化石油气瓶同样不能碰撞，爆晒，靠近热源，烈日爆晒。三 氧气：氧气O2是一种无色无嗅无毒的气体。略重于空气。常压下-183变为淡蓝色液体，-218成为雪化状淡蓝色固体。工业制氧是把空气引入制氧机，经过高压和冷却，使之凝结成液体，然后在低温下挥发，根据各种气体沸点的不同来提取纯氧。氧气不能自燃但可助燃，与其他燃气混合燃烧。氧气纯度一般分为两级，一级纯度含氧量不低于99.2，二级纯度含氧量不低于99.5。氧气瓶内的工作压力是15Mpa，管道内工作压力0.515Mpa。l 氧气的安全特点：a 气态氧与油脂接触会迅速氧化自燃，氧气瓶和氧气减压表必须禁油；b 气态氧与细微分散的碳粒，有机物纤维接触会迅速氧化自燃；第四节 气瓶的安全使用气瓶种类颜色标识字样字样颜色氧气瓶天蓝色氧气黑色乙炔瓶白色乙炔气瓶 不可近火红色氢气瓶深绿色氢气红色液化石油气瓶银灰色液化石油气红色l 气瓶的安全使用必须符合国家技术安全监督管理局2000年颁发的“气瓶安全监察规程”；l 不得擅自更改气瓶钢印和颜色标记；l 气瓶使用前要进行安全状况检查，对盛装气体进行确认；l 气瓶应距离明火10m以外，易产生聚合反应或者分解反应气体(譬如乙炔)的气瓶应远离放射源；l 气瓶立放，并应采取防止倾倒措施；卧放的乙炔瓶要使用之前，先直立20分钟；l 气瓶防止日光爆晒；l 严禁磕碰，敲击气瓶，特别是乙炔瓶；以免瓶中填料下沉形成净空间增大爆炸概率；l 严禁在气瓶上挖补，焊接或者修理；l 严禁用超过40的热源对气瓶加热；l 瓶中气体不得用尽，永久气瓶剩余压力不低于0.05Mpa，液化石油气瓶应剩余不少于规定充装量0.5%的液体；气瓶都应关紧阀门；l 气瓶和电弧焊在同一地点使用时，气瓶下应垫有绝缘物，防止气瓶产生静电造成爆炸或燃烧；l 氧气瓶必须禁油；如瓶口或减压阀冰冻，可用热水解冻，严禁火烤；l 液化石油气点火时，应先点燃引火物，再开液化石油气阀门；l 液化石油气用户不得自行灌装或向其他气瓶倒装，不得自行处理气瓶中的残液；第五节 气体输送管道的安全使用l 按照GB2550-92，氧气胶管应为蓝色，按照GB2551-92，乙炔胶管应为红色；l 目前许多工厂仍然按照GB2550-81和GB2551-81的标准，氧气胶管为红色，乙炔胶管为黑色；l 由于乙炔胶管使用压力低于氧气胶管，所以氧气胶管和乙炔胶管不能互换使用；氧气胶管尺寸和工作压力技术条件：GB2550-92内径（mm）胶层厚度，mm工作压力，Mpa其它要求公称尺寸公差内胶层外胶层681013 0.30.50.50.81.51.51.51.51.21.21.21.22.02.02.02.01.长度由使用方提出，经制造方同意确定。2.长度公差为胶管全长的1%3.爆破压力应不低于工作压力的4倍乙炔胶管尺寸和工作压力技术条件：GB2551-92内径（mm）胶层厚度，mm工作压力，Mpa其它要求公称尺寸公差内胶层外胶层68100.30.50.51.51.51.51.21.21.20.30.30.31.长度由使用方提出，经制造方同意确定。2.长度公差为胶管全长的1%3.爆破压力应不低于工作压力的4倍l 集中供应乙炔或者氧气的系统，应由具备相应资质的单位施工建造；第六节 焊矩割炬的型号例：H01-12 H：焊矩；01：换嘴式；02：换管式；12：最大焊接厚度12mm G01-30 G：割炬；0：手工操作；1：射吸式；2：等压式；30：最大切割厚度第七节 气焊气割安全操作一 一般安全要求：1乙炔使用最高工作压力不超过147kPa(0.147Mpa；1.5kgf/cm2)；2禁止使用紫铜，银或者铜含量超过70的铜合金制造与乙炔接触的仪表，管道等部件；3乙炔气瓶，氧气瓶，液化石油气瓶，回火防止器，减压阀冰冻后不允许用明火烘烤或敲击，应用热水或水蒸气解冻；4应采取涂抹肥皂水的方式对气瓶，管道，容器仪表的连接部位检漏；严禁明火检漏；5气瓶应直立存放并有防止倾倒设施，或者用专用胶轮车存放；6禁止使用电磁吸盘，钢丝绳，链条等吊运各类气瓶；7气瓶禁止日光爆晒；8气瓶不应放空，氧气瓶余气不低于0.1Mpa表压力；乙炔瓶余气不低于0.05Mpa表压力；液化石油气瓶应剩余不少于规定充装量0.5%的液体；9用专用开关开启或者关闭气瓶；10工作完毕，工作间隙，工作地点转移都必须关闭气瓶并带上气瓶帽；11禁止使用气瓶作为登高支架；12溶解乙炔瓶的充装，检测，运输，储存都应符合“气瓶安全监察规程2000版”和“溶解乙炔气瓶安全监察规程”的规定；13乙炔瓶开启要缓慢，不超过1圈半，一般开启四分之三圈为宜；14液化石油气钢瓶应符合GB58421996“液化石油气钢瓶”标准的规定；15液化石油气钢瓶的存放处地面要平整，不应与外界地沟或者地漏孔联通；以防石油气在低洼处聚集； 存放地点照明要用防爆灯；16液化石油气钢瓶起火时，立即关闭阀门，如无法靠近可用大量冷水喷射，使瓶体降温后关闭，防止瓶体倾倒；17不能制止瓶体泄漏时，要把钢瓶移动到室外安全地带，直到气体排尽为止；破损瓶要做明显标记；18氧气瓶使用前，稍许打开瓶阀门，吹除瓶口可能粘附的杂物，然后关闭阀门，安装减压阀使用；19氧气瓶泄漏，应单独放置；禁止在带压力的氧气瓶上以拧紧瓶阀或者垫圈