气割与气焊基础知识

本章重点：气焊平敷焊，气焊平对接焊以及管材对接气焊的操作方法和技能。气割的操作技术和工艺要求。本章难点：气焊与气割气体火焰的调节。气焊与气割所用设备的安全操作。教学目标：让学生熟悉并了解和使用气割气焊设备。让学生熟悉气割气焊的工艺流程通过练习相应的气焊与气割工艺等实践环节，来培养和提高工艺能力和经验。,项目四、气焊与气割,项目一、气焊气割原理及设备,一、气焊、气割原理1、气焊的原理氧乙炔焊是熔焊的一种形式,它是利用气体火焰所产生的热量，将被焊材料局部加热到熔化状态，另加填充金属而进行金属连接的一种焊接方法。乙炔和氧气在一个腔内混合,在喷嘴处点燃后作为一种高温热源(大约3000),将焊条和母材熔化。它是一种由化学能转为热能的熔化焊方法。乙炔与纯氧混合燃烧的火焰温度高达30003300，燃烧时放出的热量大，且热量较集中，用该气体火焰加热并熔化焊件和填充金属形成熔池。同时气体火焰还可以隔绝空气，保护熔池，随着火焰移动，熔池金属冷却凝固后，形成焊接接头。,2、气焊概述气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。乙炔是可燃气体，氧气是助燃气体。乙炔和氧气混合燃烧形成的火焰称为氧乙炔焰。气焊的焊丝只作为填充金属，和熔化的母材一起组成焊缝。氧乙炔焰按氧乙炔混合比值(指氧气与乙炔气的混合比例)的不同可分为中性焰、碳化焰和氧化焰3种与电弧焊相比，气焊火焰的温度较低，热量较分散，加热缓慢，生产率低，焊件变形严重。气焊不易焊较厚的工件。气焊时焊缝金属的保护较差。但是，气焊火焰易于控制。操作简便，灵活性强，气焊设备不需电源。,3气割原理金属在氧气中剧烈燃烧的过程就是气割过程的实质。氧气切割过程由4个步骤组成。预热。将切割部位的金属表层预热至燃点以上。氧化。切割用氧气从割嘴中心喷出，已达到燃点的金属急剧氧化燃烧，并形成氧化物渣。吹渣。液态的氧化物渣被高速切割氧气气流吹走，将未被氧化的金属暴露在氧气流中。前进。暴露在氧气气流中的金属，在上面的金属被氧化时放出的热量的作用下温度升高到燃点，继续被氧气气流氧化燃烧成渣并被吹走，最后金属在整个厚度方向被氧化割穿。,4气割的条件金属材料的燃点应低于其熔点。如果金属材料的燃点高于熔点，那么金属燃烧前已经熔化，熔化的液态金属流动性大，造成难以形成切口，甚至无法进行切割过程。金属氧化物熔点要低于金属的熔点。金属氧化物被燃烧热熔化后，再被气流吹除，顺利实现切割过程，且被切割金属不熔化，割口窄小、整齐。金属在氧气中燃烧释放热量要大。气割时预热的热量主要依靠燃烧热(70)，而不是火焰的热量(30)，因此燃烧热大才能迅速将金属预热到燃点，实现切割。金属导热性不能太好。导热性好，则燃烧热传导、散失得快，切口处的温度不易达到金属的燃点。阻碍气割的元素和杂质少。,5、气焊、气割应用范围A、气焊的应用气焊比其他焊接方法加热温度低、速度慢，特别适用于板厚为0.53.5mm的薄钢板、薄壁管、熔点较低的非铁金属合金、铸铁件的焊接及硬质合金的堆焊，并广泛用于被磨损零件的焊补。B、气割的应用气割可以切割较厚的工件，可以气割曲线割缝，但必须满足上述气割条件才能进行气割。因此，低碳钢、中碳钢和低合金钢气割性能良好而广泛采用气割。而铸铁、铝和铜及其合金、不锈钢不具备气割条件，均不能用一般气割方法进行切割，不过，通过采用等离子切割可以获得高质量的割缝。,二、气焊和气割设备组成：主要由氧气瓶、乙炔瓶、焊炬等组成。如表所示。,1、氧气瓶氧气瓶是运送和储存高压氧气的容器，氧气瓶属于压缩气瓶，主要由瓶体、瓶阀、瓶帽和防振圈等组成。其容积为40L，输出压力为15MPa。工作压力调节范围0.1-1.25MPa。按照规定，氧气瓶外表漆成天蓝色，并用黑漆标明“氧气”字样。保管和使用时应防止沾染油污；放置时必须平稳可靠，不应与其他气瓶混在一起；不许曝晒、火烤及敲打，以防爆炸。使用氧气时，不得将瓶内氧气全部用完，最少应留0.10.2MPa，以便在再装氧气时吹除灰尘和避免混进其他气体。,2、乙炔瓶乙炔瓶是储存和运送乙炔的容器，国内最常用的乙炔瓶公称容积为40L，输出压力为15MPa。工作压力调节范围0.01-0.15MPa。其外形与氧气瓶相似，外表漆成白色，并用红漆写上“乙炔”“不可近火”等字样。在瓶体内装有浸满丙酮的多孔性填料，可使乙炔稳定而又安全地储存在瓶内。使用乙炔瓶时，除应遵守乙炔瓶使用要求外，还应该注意：瓶体的温度不能超过3040；搬运、装卸、存放和使用时都应竖立放稳，严禁在地面上卧放并直接使用，一旦要使用已卧放的乙炔瓶，必须先直立后静止20min，再连接乙炔减压器后使用；不能遭受剧烈的震动等。,3、减压器：氧气、乙炔减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。对不同性质的气体，必须选用符合各自要求的专用减压器。通常气焊时所需的工作压力一般都比较低，如氧气压力一般为0204MPa，乙炔压力最高不超过015MPa。因此，必须将气瓶内输出的气体压力降压后才能使用。减压器是将高压气体转换为低压气体的调节装置，减压器可起到调压和稳压的作用，此外，还可以防止氧气逆向流入可燃气瓶引起爆炸。减压器在专用气瓶上直安装牢固。各种气体专用的减压器，禁止换用或替用，如下图所示。,氧气减压器,乙炔减压器,4、各种软管：从各调节器、气瓶处将氧气和乙炔输送到焊炬处。5、焊炬是气焊时用于控制气体混合比、流量及火焰强度并进行焊接的工具，焊炬的作用是将乙炔和氧气按一定比例均匀混合，由焊嘴喷出，点火燃烧，产生气体火焰。各种型号的焊炬均配备35个大小不同的焊嘴，以便焊接不同厚度的焊件时使用6、割炬是气割时用于安装或更换割嘴，调节预热火焰、气体流量和控制切割氧流量并进行气割的工具。,7、回火防止器：正常气焊时，火焰在焊炬的焊嘴外面燃烧。但当气体供应不足、焊嘴阻塞、焊嘴太热或焊嘴离焊件太近时，火焰会沿乙炔管路往回燃烧。这种火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。如果回火蔓延到乙炔瓶，就可能引起爆炸事故。回火防止器的作用就是截留回火气体，保证乙炔瓶的安全。如果混和气的流出速度比燃烧速度快，则火焰离开喷嘴一段距离再燃烧；如果混和气的流出速度比燃烧速度慢，则火焰就进入喷嘴逆向燃烧。这是发生回火的根本原因。造成混和气的流出速度比燃烧速度慢的主要原因是：割嘴堵塞，混和气流出不畅；割嘴、割炬过热，割嘴离工件太近，流出气体被工件阻挡反射等。,三、气焊工艺,操作过程1、焊前准备：进行氧乙炔焊操作时应佩戴有深色镜片的护目镜、配戴手套、口罩、耳塞、工作服等。,2、火焰性质的调节调节氧气、乙炔气体的不同混合比例，可得到中性焰、氧化焰和碳化焰三种性质不同的火焰。1）火焰性质的调节刚点燃的火焰通常为碳化焰，然后根据所焊（割）材料的不同进行火焰调节。如要得到中性焰，就应逐渐增加氧气量，使火焰由长变短，颜色由淡红色变为蓝白色，直至焰心及外焰的轮廓特别清晰、内焰与外焰间的明显界限消失为止。在中性焰的基础上要得到碳化焰，就必须减少氧气量或增加乙炔量。这时火焰变长，焰心轮廓变得不清晰。气焊时所用的碳化焰，其内焰长度一般为焰心长度的2倍左右。在中性焰的基础上要得到氧化焰，就应逐渐增加氧气量。这时整个火焰将变短，当听到有急速的“嘶嘶”声时便是氧化焰。,中性焰，如右图所示：标准的火焰称为中性焰，当氧气和乙炔的体积混合比为1：1时，产生中性焰。这种火焰有非常明亮透明的焰心，焰心被明亮的外层蓝色火焰包围。氧与乙炔充分燃烧，没有氧与乙炔过剩，内焰具有一定还原性。焰心呈尖锥形，色蓝白而亮，轮廓清楚，外焰呈淡桔红色。最高温度30503150，主要用于焊接低碳钢、低合金钢、高铬钢、不锈钢、工业纯铜、锡青铜、铝及其合金等。,碳化焰又称为剩余焰和收缩焰，如右图所示。混合气中乙炔量略多于氧气量时，燃烧生成的火焰为碳化焰。碳化焰和中性焰的不同之处在于它由三部分组成。它的焰心和外层火焰都和中性焰相同，但在这两层火焰之间，有一层淡色的乙炔包围在透明焰心的外面。乙炔焰心的长度随着气体混合物中乙炔量的多少而变化。双倍剩余焰的氧、乙炔混合比例为1-1.4（体积比）。碳化焰用于焊接铝、镍和其他合金。乙炔过剩，火焰中有游离状态碳及过多的氢，焊接时会增加焊缝含氢量，焊低碳钢有渗碳现象。焰心呈淡蓝色，内焰已看不清了，焊接时会发出急剧的“嗖嗖”声。最高温度27003000。主要用于高碳钢、高速钢、硬质合金、铝、青铜及铸铁等的焊接或焊补。,氧化焰，如右图所示。混合气中氧气略多于乙炔时，燃烧生成的火焰为氧化焰。从外观上看，氧化焰与中性焰相似，但它的乙炔焰心较短，而且其颜色比中性焰较短，而且边缘模糊。氧化焰通常会使熔化的金属氧化，所以不能用来焊接钢材。但可以用来焊接黄铜和青铜。氧过剩火焰，有氧化性，焊钢件时焊缝易产生气孔和变脆。焰心呈蓝白色，外周包着一层淡蓝色的火焰，轮廓不清楚，外焰呈桔红色，伴有黑烟。最高温度31003300。主要用于焊接黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等。,2火焰能率的调节气焊火焰能率指每小时混合气体的消耗量(Lh)。气焊中，根据焊件厚度及热物理性能等的不同，选择不同的焊炬型号及焊嘴号码，并通过调节阀门来调节氧乙炔混合气体的流量，以得到不同的火焰能率。当要减小中性焰或氧化焰的能率时，应先调节氧气阀门以减小氧气的流量，后调节乙炔阀门以减小乙炔流量。当要增加火焰能率时，应先调节乙炔阀门增加乙炔流量，后调节氧气阀门增加氧气流量。调节碳化焰能率的方法与上述顺序相反。,火焰类型取决于焊接母材的材质。碳钢类材料多采用中性火焰焊接，其它材料则有使用碳化焰和氧化焰的。各类火焰适用范围：,3、焊嘴的选择：焊嘴的大小与火焰的能率有关。单位时间内火焰所提供的热能的大小代表火焰的能率。大号的焊嘴，火焰能率高，适于厚板的焊接，如下表所示。给出了HO1-6型焊炬配用各种焊嘴适用范围。汽车钣金件金属板厚多在1.5mm左右，因此，2号焊嘴使用最多。,4、焊丝的选择,1）焊丝材料应选用与焊件相同的材料，汽车钣金件多为低碳钢板，选用一般铁丝即可。2）焊丝直径与焊件厚度、坡口型式和操作方式有关。焊丝过细，焊接时焊件尚未熔化而焊丝已熔化下滴，焊接不良；焊丝过粗，则焊件熔化而焊丝尚未熔化，势必增加焊件接头区加热时间，使金相组织改变，降低了焊接质量。同样条件下，采用左焊法和右焊法，焊丝直径也不相同。焊件厚度小于15mm时，不同焊接方法可按以下经验公式估算焊丝直径：左焊法：焊丝直径=（板厚除以2+1）mm右焊法：焊丝直径=板厚除以2mm对于薄板的焊接，焊丝直径与厚度相同即可。,5、焊嘴与焊丝的倾角选择,焊嘴的倾角一般应考虑焊件厚度、施焊位置和焊件材料的热物理性诸因素来确定。厚度大、材料熔点高、导热性良好时，焊嘴倾角可取大一些，反之，倾角应减小。低碳钢水平位置焊接时，焊嘴倾角与厚度关系,如下图所示。气焊时焊丝相对于焊嘴的角度一般在90度100度之间。,7、焊缝的顺序,对于较长的焊缝，应事先间隔焊上若干点，以保持整个焊缝位置相对固定，然后采取分段或横向焊接完成整个焊缝的焊接，如下图所示之顺序1、2、3、4、5。焊接中途停顿后，应将原熔池和附近焊缝重新熔化后才能继续焊接，重叠部分不应小于6mm。开始起焊时，由于焊件温度较低，可加大焊嘴与焊件的倾角，加快预热速度；当起焊处形成白亮的熔池时，在减小倾角进入正常焊接；焊接收尾，焊件温度较高，应减小倾角，加快送焊丝速度和焊接速度，直到熔池填满，火焰再慢慢离开。,四、气焊基本操作技术,操作方法1.点火、调节火焰与灭火点火时，先微开氧气阀门，再打开乙炔阀门，随后点燃火焰。这时的火焰是碳化焰。然后，逐渐开大氧气阀门，将碳化焰调整成中性焰。同时，按需要把火焰大小也调整合适。灭火时，应先关乙炔阀门，后关氧气阀门。2.焊嘴倾角的调整气焊时，一般用左手拿焊丝，右手拿焊炬，两手的动作要协调，沿焊缝向左或向右焊接。焊嘴轴线的投影应与焊缝重合，同时要注意掌握好焊嘴与焊件的夹角。3.气焊的接头形式接头形式有卷边接头、对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头、管子接头等。,气焊的接头形式，如图所示。,4、焊接方向（1）右向焊法。右向焊时，焊炬指向已完成的焊缝。焊接过程自左向右，焊炬在焊丝前面移动，如图所示。右焊法火焰指向焊缝，熔池保护效果好，不易产生气孔、夹渣，热量利用效率高，焊缝冷却较慢，适用于焊接较厚的或高熔点材料。（2）左向焊法。左向焊时，焊炬指向待焊部位，焊接过程自右向左，焊炬在焊丝后面移动，如图所示。左焊法操作简单，适于薄板及低熔点材料的焊接。,5、焊接位置：（1）平焊。如图所示。焊接开始时，焊炬与焊件的角度可大些，随着焊接过程的进行，则焊炬与焊件的角度可减小些。焊丝与焊炬的夹角应保持在90左右。,（2）立焊。如图所示。火焰能量较平焊小些。严格控制熔池温度，向上倾斜与焊件构成60角，以借助火焰气流的吹力托住熔池，不使熔化金属下淌。（3）横焊。如图所示。使用较小的火焰能量控制熔池的温度。,（4）仰焊。如图所示。使用较小的火焰能量，严格控制熔池温度和面积，利于熔化金属快速凝固。,五、气焊、切割工艺安全操作事项,1.工作前应清理场地杂物，穿戴防护用品，认真检查乙炔胶管、氧气胶管、胶管接头、钢瓶开关、压力表等有否泄漏现象，乙炔回火保护装置是否有效。2.乙炔、氧气瓶要相隔5M以上并要远离火源，不得在太阳下曝晒，移动过程不得撞击，不得在地上拖拉、滚