气体火焰切割技术

气体火焰切割技术1．坡口的气割焊接之前常需要对钢板的接头处开坡口，坡口切割方法有手工切割和机械切割两种。在设备条件好的情况下，可采用机械切割，如采用坐标式切割机、平面四边形切割机或专为切割坡口用的切割设备等。采用机械方法切割的坡口，只要把熔渣清理干净，不需要进行任何的机械加工就可进行焊接。在成批生产中，采用机械方法切割坡口的经济效益更为显著。由于手工切割坡口设备简单（采用普通气割设备），方便灵活，对于组合的部件和结构较复杂的零件以及单件生产，手工切割比较方便、有效。但手工切割坡口的质量在很大程度上受切割技术熟练程度的影响。对于重要构件或受压容器的焊接坡口，在没有把握的情况下最好不用手工切割。焊接结构中常见的焊接坡口有V形、Y形、X形（带钝边或不带钝边）、U形，如图1所示。其中V形和Y形坡口当单侧坡口角度大于30°时，通常不易气割，需把坡口面置于背面进行切割。在正确掌握切割参数和操作技术的条件下，气割坡口的质量良好，可直接用于工件装配和焊接。（1）V形坡口的气割用机械方法切割单面V形坡口时，可采用两把割炬同时进行切割。一把割炬垂直于被切割金属表面，另一把割炬与切割表面成一定角度。调整好割炬倾角后，一般用半自动气割机或手扶式半自动气割机进行切割。垂直的割炬在前移动，倾斜的割炬在后面移动。须按实际切割厚度选定割嘴号码和气割参数。也可用手工方法切割单面V形坡口。单割炬切割V形坡口的示意见图2。气割前先按坡口尺寸划好线，然后将割嘴按坡口角度找好，以往后拖或向前推的操作方法进行切割，切割速度稍慢，预热火焰功率应适当增加，切割氧的压力也应稍大些。为了得到宽窄一致和角度相等的切割坡口，可将割嘴靠在扣放的角钢上进行切割，如图3所示。为了更好地控制切割坡口的角度，还可将割嘴安装在角度可调的滚轮架上（一般是自制的），这样可以进一步保证切割质量，而且操作灵活〔见图3(c)〕。利用角钢切割直边及斜边（坡口）的操作示意见图4。手工切割与机械切割的不同之处在于：手工切割时，不能同时用两把割炬进行切割，应先割好垂直缝，再按要求的宽度划好线，将割嘴偏斜一个角度，沿着划线向前或向后移动割炬，就能切割出单面坡口。①单割炬二次切割，即先切割直边，再切割坡口斜边。单割炬切割Y型坡口的示意如图5所示。②双割炬切割可一次完成坡口制备。双割炬切割Y形（或倒Y形）坡口时的割嘴配置如图6所示。（3）X形坡口的气割不带钝边X形坡口可采用单割炬分二次切割，也可用双割炬一次割出。带钝边X形坡口可采用单割炬分次切割，也可用三割炬一次加工出来。X形坡口一次切割的割嘴配置如图7所示。普通割嘴一次切割X形坡口的工艺参数见表1，扩散型快速割嘴一次切割X形坡口的工艺参数见表2。快速割嘴的切割性能应符合表3规定。表1普通割嘴一次切割X形坡口的工艺参数板厚/mm割嘴号码气体压力/kPa切割速度/mm.min-1割炬1′割炬1割炬2割炬3切割氧乙炔202530354050234556123345001122012233294294～343294～343294～343343～392343～39230～5030～5030～5030～5030～5030～50280～320250～300220～270200～250180～220160～200表2扩散型快速割嘴一次切割X形坡口的工艺参数板厚/mm割嘴号码气体压力/kPa切割速度/mm.min-1割炬1′割炬1割炬2割炬3切割氧乙炔20253035405023455612334500112201223368668668668668668630～5030～5030～5030～5030～5030～50390～430350～390310～350280～320230～290200～250注：1、割炬1′用于预热，不参数切割。2、割炬间的纵向间距A根据板厚和坡口角度取10～20mm，以切割面上边缘不熔化、下边缘不粘熔渣为准。3、所列参数为坡口角45°时的切割参数，如坡口角为30°时，切割速度可加快10％～15％。4、切割氧的纯度≥99.7％。纯度较低时，切割速度要适当减慢。5、钢板表面状态（如有氧化皮或车间底漆）不同，切割速度也要作相应调整。表3快速割嘴的切割性能割嘴号割嘴喉部直径/mm切割厚度/mm切割速度/mm.min-1气体压力/MPa切口宽度/mm氧气乙炔液化石油气10.65～10750～6000.70.0250.03≤120.810～20600～4500.70.0250.03≤1.531.020～40450～3800.70.0250.03≤241.2540～60380～3200.70.030.035≤2.351.5060～100320～2500.70.030.035≤3.461.75100～150250～1600.70.0350.04≤472.0150～180160～1300.70.0350.04≤4.51A0.65～10560～4500.50.0250.03≤12A0.810～20450～3400.50.0250.03≤1.53A1.0020～40340～2500.50.0250.03≤24A1.2540～60250～2100.50.030.035≤2.35A1.5060～100210～1800.50.030.035≤3.4（4）U形坡口的气割U形坡口用气割工艺比机械加工方法效率高。U形坡口的下部有圆弧段，气割时的氧化反应不像一般气割时那样一直垂直向下、当达到一定深度后应转向侧面方向。为此需采用多割炬同时加工，使工件沿板厚方向形成温度梯度，同时通过调节切割氧压力割出圆弧段。气割U形坡口的割嘴配置如图8所示，气割U形坡口的工艺参数见表4。表4气割U形坡口的工艺参数（板厚δ＝60mm）割断α/(°)β/(°)t/mmb/mmd/mmα/mmc/mmR/mm预热氧压力/kPa切割氧压力/kPa丙烷压力/kPa切割速度/mm.min-1前割炬16－52.5－－－－20060030240中间割炬－48－≈6≈201023500368－后割炬(垂直切割钝边)－－51.5－－－－200200－注：符号意义见图8。先由前割炬割出斜面，再由中间割炬（配有两个割嘴）的前割炬将板边割到一定深度，形成铁-氧反应向侧面进展的条件；通过控制中间割炬两个割嘴的切割氧压力，利用后割嘴既割出坡口的斜边又割出所需的圆弧形割口，后割炬则用于割出根部的钝边。这样可获得精度较高的U形坡口，且耗氧量少。气割零件的尺寸偏差允许值见表5。表5气割零件的尺寸偏差允许值精度等级切割厚度基本尺寸范围/mm35～315315～10001000～20002000～4000A3～50350～100±0.5±1.0±1.0±2.0±1.5±2.5±2.0±3.0B3～50350～100±1.5±2.5±2.5±3.5±3.0±4.0±3.5±4.5注：上列尺寸偏差适用于：（1）图样上未标明公差尺寸的；（2）长宽比不大于4：1的工件；（3）切割周长不大于350mm的工件。2．钢件的气体火焰切割气割结构钢一般没有什么特殊困难，也不必采用什么特殊措施。一般厚度的碳钢板比较容易顺利地进行切割。割炬可选用G01-100型或G02-100型。割嘴与工件的距离大致等于焰心长度加上2～4mm。为了提高切割效率，在气割厚度25mm以上的钢板时，割嘴可向后（即切割前进的反方向）倾斜20°～30°。普通等压式割嘴机械切割低碳钢的工艺参数见表6。表6普通等压式割嘴机械切割低碳钢的工艺参数板厚/mm割嘴号码气体压力/kPa切割速度/mm.min-1气体消耗量/L.min-1氧气乙炔氧气乙炔5～1515～3030～5050～100100～150150～200200～250250～30012345678≥294≥343≥440≥588≥686≥784≥882≥980≥30≥30≥30≥50≥50≥50≥50≥50450～500350～450250～350230～250200～230170～200150～17090～12041.7～50.058.3～75.091.7～108150～183167～217217～267267～383417～5005.8～6.77.5～8.37.5～8.38.3～10.08.3～10.010.0～11.713.3～15.015.0～16.7（1）大厚度钢板的气割通常把厚度超过100mm的工件切割称为大厚度切割。大厚度钢板切割时由于工件较厚，切割有一定难度。气割大厚度钢板的主要难点是：①预热处钢材上、下部受热不均匀，如果操作不当，起割时往往不能沿厚度方向顺利穿透而造成切割失败；②因为钢材比较厚，燃烧反应沿厚度方向传播需要一定时间，同时越到切口下部，切割氧流动量越小、纯度越低，使后拖量增加。③熔渣多，切割氧流排渣能力减弱，容易在切口底部形成熔渣堵塞，使正常气割过程遭到破坏。切割大厚度钢件，由于氧气压力增高，不但使氧气流变成圆锥形，而且氧气流的冷却作用也增大，因而影响切割质量及切割速度。如果切割更厚的钢件（600mm以上），由于预热火焰加热钢件的下层金属困难，使钢件受热不均匀，结果下层金属的传热就比上层金属来得慢。这样，切割厚钢板时，上部金属与下部金属燃烧是不均匀的，总是上部快下部慢，使切割氧射流在前进方向呈现一弧形，相应地在工件上产生一向后拖延的弧形割缝，这弧形割缝始末端之间的距离称为后拖量（见图9）。如果割缝产生很大的后拖量，容易使熔渣堵塞割口底部造成切割困难。厚大板切割的后拖量，可以从割缝上观察到并且能测量出来。切割过程中，后拖量是不可避免的。后拖量小时，割缝宽度均匀、表面光滑、没有大梳齿凸出和横向的线槽。实现大厚度钢板气割的最重要条件是向气割区提供足够的氧气流量，所需的切割氧流量Q可按下式估算，即Q＝0.09～0.14δ（1）式中Q——大厚度钢板气割时所需的切割氧流量，m3/h；δ——钢板厚度，mm。整个供氧系统，包括减压器、各种接头和阀件、割炬进气管、割嘴孔径等都要满足相应的供氧能力，避免产生节流现象。要根据钢板厚度和切割长度，准备足够的气源，以免中途因氧气用尽而中断切割（大厚度钢材要重新起割是很困难的）。为了使气割过程顺利进行，往往在起割时使割炬倾斜一角度，等火焰穿透工件后，割炬一边移动一边逐渐将割炬恢复到垂直位置。大厚度切割容易产生后拖，切割将要结束时由于后拖原因，工件底部有切不透现象，使工件不能分离。为了解决这个问题，可在切割将要结束、割炬将要移出工件时，将割炬后倾约10°左右，并放慢切割速度，这样可减少后拖。切割厚度300mm以上的大厚度工件时，要选用大型号的割炬和割嘴，而且气割时氧气要供应充足。开始切割时，预热火焰要大，首先由工件的边缘棱角处开始预热，将工件预热到切割温度时，逐渐开大切割氧气并将嘴头后倾；待工件边缘全部切透时，加大切割氧气流，并使嘴头垂直于工件，同时割嘴沿割线向前移动。切割更大厚度钢板时前进速度更慢，割嘴要作横向月牙形摆动（见图10）。如果氧气流进入工件过我〔见图11(b)〕或火焰过如，上部起割后就移动割炬，会出现图11(c)所示的现象，并产生图11(d)所示的结果，在端部下方残留未割穿的角形部分。如果切割氧压力过高或切割速度不合适，将会出现图11(e)所示的现象。切割氧压力过低或起割时割炬移动速度过快，会出现图11(f)所示的情况。这些不正确的起割方式都会导致切割失败。大厚度碳钢和低合金钢的手工气割工艺参数见表7和表8。表7大厚度碳钢和低合金钢的手工气割工艺参数板厚/mm氧气压力/kPa单位切割长度的气体耗量/L.m-1预热氧切割氧氧气乙炔3003504004505005506002943923924904905885881176～1176～17401176～17401470～17641470～17641764～21561764～2156580080001120015500216002950038600300380460550650－－表8大厚度碳钢和低合金钢低压大流量氧手工切割工艺参数钢材板厚/mm切割氧孔直径/mm切割氧压力/kPa切割氧耗量/L.h-1305406508