气焊与气割

第一节气焊与气割基础气焊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。气割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧气流，使其燃烧并放出燃烧热实现切割的方法。一、气焊与气割原理及应用1．气体火焰气焊与气割所使用的气体火焰目前应用最多的是由可燃气体乙炔（C2H2）和助燃气体氧气（O2）混合而产生的。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。火焰种类火焰特征中性焰碳化焰氧化焰氧乙炔混合比1.O～1.21.O1.2最高火焰温度／℃315030003300火焰特征包括焰心、内焰和外焰。焰心呈亮白色，端部有淡白色火苗时隐时现，离焰心端前面2～4mm处温度最高焰心、内焰和外焰三区很明显。焰心呈亮白色，内焰淡白色有焰心，但没有内、外焰之分应用广泛用于气焊低碳钢、中碳钢、普通低合金钢、不锈钢等轻微碳化焰可用于铸铁、高碳钢、高速钢等的焊接及硬质合金堆焊、钎焊等轻微氧化焰只用在黄铜、锡青铜及镀锌铁皮等的气焊时。利用其轻微氧化性，可减少低沸点锌、锡的蒸发2．气焊原理乙炔与纯氧混合燃烧的火焰温度高达3000～3300℃，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。3．气焊特点及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0.5～3.5mm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。4．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。①预热。将切割部位的金属表层预热至燃点以上。②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。③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。④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。5．气割的条件①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。②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。③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。④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。⑤阻碍气割的元素和杂质少。6．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、气焊与气割设备1．氧气瓶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。氧气瓶的工作压力为15MPa，容积一般为40L，重量约55kg，瓶体为天蓝色，并标有黑色“氧”字样.2．乙炔瓶乙炔瓶内装满了浸满丙酮的多孔性填料(如硅酸钙、活性炭等)，丙酮溶解了大量的乙炔，因此乙炔瓶又称为溶解乙炔瓶。乙炔瓶的工作压力0.147MPa容积一般为40L，每瓶溶解乙炔6～7kg，瓶重约60kg，瓶体白色，并漆有红色“乙炔”和“不可近火”字样.3．减压器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。氧气减压器乙炔减压器4．回火防止器回火防止器用于防止气焊气割时发生回火现象，正常情况下，喷嘴里混和气的流出速度与其燃烧速度相等，气体火焰在喷嘴口稳定燃烧。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。5．焊炬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。常用的焊炬是射吸式的，主要适用于低压乙炔，也可用于中压乙炔。国产射吸式焊炬的型号用H01—6来表示。6．割炬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。常用的割炬也是射吸式的。国产射吸式割炬的型号表示方法如：GO1—30。三、焊接材料及其选用1．气体气焊使用的气体除氧气、乙炔气、液化石油气等。近年来利用新型的工业燃气焊接也得到了迅速发展。2．焊丝气焊时焊丝只用做填充金属。焊接不同金属时，采用与被焊金属成分相近或相同的焊丝。如气焊低碳钢采用焊丝H08A，灰铸铁采用铸铁焊丝RZC-1或RZC-2，黄铜采用HS224，纯铝采用HS301，铝合金(铝镁合金除外)采用HS311等。3．熔剂气焊溶剂的作用是防止氧化，清除氧化物和增加熔池金属的流动性，改善润湿性能，利于熔合。一般气焊耐热钢与不锈钢选用溶剂CJ101(气剂101)，气焊铸铁选用溶剂CJ201(气剂201)、气焊铜选用溶剂CJ301(气剂301)、气焊铝选用溶剂CJ401(气剂401)。四、气焊与气割工艺1．火焰性质的调节①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。②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。③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。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(L／h)。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。五、气焊与气割安全操作技术①气焊与气割场地周围应清除易燃易爆物品。②氧、乙炔瓶储存和使用时的距离不得少于10米。③氧、乙炔瓶应有防震胶圈，旋紧安全帽，避免碰撞和剧烈震动，并防止曝晒。④胶管或防回火装置冻结用热水加热解冻，不准用火烤。⑤不得将胶管放在高温管道和电线上，或将重物或热的物件压在胶管上，更不得将胶管与电焊用的导线敷设一起。⑥点火时，焊枪口不准对人，氧、乙炔气瓶与明火或割炬（焊炬）间距离不得小于10米。⑦严禁在带压容器或管道上施焊，应先切断电源。⑧容器或管道上施焊时，应先清除干净，并打开孔口。⑨氧、乙炔瓶的阀、表均应齐全有效，紧固牢靠。⑩工作中如发现氧气瓶阀门失灵或损坏，不能关闭时，应让瓶内的氧气自动跑尽后再行拆卸修理。第二节气焊技能训练一、平敷焊技能训练1．操作准备1）试件的准备①钢板Q235A，尺寸250mm×100mm×2mm。②将试件表面清理，使试件露出金属光泽。2）焊接材料焊丝牌号H08A，直径1.6～2mm。3）焊接设备与工具①氧气瓶、乙炔气瓶、回火防止器、氧气和乙炔减压器、氧气胶管(蓝色)、乙炔胶管(红色)、射吸式焊炬。②通针、火柴或打火枪、小锤、钢丝钳、活络扳手等。2．操作过程1）开启气瓶用活络扳手打开气瓶，注意乙炔瓶只开启3/4圈。调节气瓶压力，氧气压力一般为0.2～0.4MPa，乙炔压力一般不超过0.1MPa。2）点火与灭火使用射吸式焊炬，应先稍开氧气调节阀，再开乙炔调节阀，用明火(打火机或火柴)点燃。点火后调节氧气和乙炔阀门，观察火焰特征，分别调出中性焰、氧化焰和碳化焰。灭火时，应先关闭乙炔调节阀，再关氧气调节阀。如果火焰比较小，还可以先加大点氧气流量，再关乙炔调节阀，最后关氧气调节阀，以避免鸣爆现象(俗称放炮)。右手握焊炬（图1），用大拇指和食指稍开氧气调节阀（图2），左手开乙炔调节阀（图3），点火（图4），调节火焰（图5）。3）氧乙炔火焰的调节包括火焰性质的调节和火焰能率的调节。4）焊接左焊法指焊接热源从接头右端向左端移动，并指向待焊部分的操作法，适于焊接5mm以下的薄板和低熔点的金属。①填充焊丝。使焊丝的端部位于火焰的前下方距焰心3mm左右的位置。焊道起头时，由于刚开始加热，焊件的温度低，焊炬倾斜角应大些。这样有利于对焊件进行预热，同时在起焊处应使火焰往复移动，保证焊接处加热均匀。在熔池未形成前，操作者不但要密切注意观察熔池的形成，而且焊丝端部应置于火焰中进行预热，待焊件由红色熔化成白亮而清晰的熔池时，便可熔化焊丝，将焊丝熔滴滴入熔池，而后立即将焊丝抬起，火焰向前移动，形成新的熔池。②焊炬和焊丝的运动。焊炬和焊丝的运动包括3个动作，即沿焊件接缝的纵向移动，以便不间断地熔化焊件和焊丝，形成焊缝；焊炬沿焊缝作横向摆动，充分地加热焊件，并借混合气体的冲击力，把液体金属搅拌均匀，使熔渣浮起，得到致密性好的焊缝；焊丝在垂直焊缝方向送进并做上下移动，以调节熔池热量和焊丝的填充量。焊炬和焊丝在操作时的摆动方法和幅度，要根据焊件材料的性质、焊缝位置、接头形式及板厚等进行选择。③焊道接头。在焊接过程中，当中途停顿后继续施焊时，应用火焰把原熔池重新加热熔化形成新的熔池后再加焊丝，重新开始焊接，每次续焊应与前焊道重叠5～10mm，重叠焊道应少加或不加焊丝，以保证焊缝高度合适及圆滑过渡。④焊道收尾。当焊到焊件的终点时，由于端部散热条件差，应减少焊炬与焊件的夹角，同时要增加焊接速度并多加一些焊丝，以防止熔池扩大，形成烧穿。收尾时为了不使空气中的氧气和氮气侵入熔池，可用温度较低的外焰保护熔池，直至终点熔池填满，火焰才可缓慢地离开熔池。焊接过程中，焊炬倾斜角是不断变化的。在预热阶段，为了较快地加热焊件、迅速形成熔池，采用焊炬倾斜角为50°～70°；在正常焊接阶段，采用焊炬倾斜角为30°～50°；在结尾阶段，采用焊炬斜角通常为20°～30°。二、平对接焊技能训练1．操作前准备1）Q235钢板两块，每块尺寸为250mm×100mm×2mm。清理焊件露出金属光泽。2）焊接材料焊丝H08A2.5mm。3）焊接设备与工具2．操作过程将两块钢板水平摆放整齐，需要留约0.5mm的间隙。1）定位焊定位焊的作用是装配和固定焊件接头的位置。一般情况下，薄板的定位焊是从中间向两边进行，定位焊焊缝长为5～7mm，间距为50～100mm。较厚板的定位焊是从两端开始向中间进行，定位焊焊缝长为20～30mm，间距为200～300mm。2）焊件的反变形焊前预先将焊件向着与焊接变形的相反方向进行人为变形（反变形量与焊接变形量相等），使之达到抵消焊接变形的目的。3）焊接①采用中性火焰焊接，否则易出现熔池不清晰、有气泡、火花飞溅或熔池沸腾等现象，并对准接缝的中心线，使焊缝两边缘熔合均匀，背面均匀焊透。焰心尖端与工件表面的距离保持在2～4mm。焊丝位于焰心前下方2～4mm处，若在熔池边缘上被粘住，这时不要用力拔焊丝，可用火焰加热焊丝与焊件接触处，焊丝即可自然脱离。②从接缝一端预留的30mm处施焊。其目的是使焊缝处于板内，传热面积大，基体金属熔化时，周围温度已升高，冷凝时不易出现裂纹。施焊到终点，整个板材温度已升高，再焊预留的一段焊缝，接头应重叠5mm左右。③采用左焊法时，焊接速度要随焊件熔化情况而变化。在焊接过程中，如果发现熔池不清晰、有气泡、火花飞溅或熔池沸腾现象时，说明火焰性质发生了变化，应及时将