1、第一章气焊与气割第一节概述图1-1氧乙炔焊示意图a)左焊法：板厚3mm的钢材1焊炬2焊缝3火焰4工件5焊丝6焊嘴气焊的优点是：1)设备简单，移动方便，在无电力供应地区可以方便进行焊接。2)可以焊接很薄的工件。3)焊接铸铁和部分非铁金属时好。第一节概述气焊的缺点是：1)热量较分散，热影响区及2)生产率较低，不易焊较厚的3)某种金属因气焊火焰中氧、氢等气体与熔化金属发生作用，会降低焊缝性能。4)难以实现自动化。第二节气焊用气体和焊接材料一、气焊用气体 气焊用气体由助燃气体(氧气)和可燃气体(乙炔、液化石油气等)两部分组成。可燃气体的种类很多，常见可燃气体的发热量及火焰温度见表。其中乙炔是目前最常用
2、的可燃气体。表-可燃气体的发热量及火焰温度第二节气焊用气体和焊接材料(1)氧气氧气是气焊(气割)时必须使用的气体。(2)乙炔乙炔的分子式为C2H2，是未饱和的碳氢化合物，在常温和大气压力下为无色气体。乙炔是一种危险的易燃、易爆气体，其液体或固体状态，在一定条件下也可能因摩擦、冲击而爆炸。(3)丙烷、丁烷丙烷和丁烷是石油工业副产品，也称液化石油气，主要成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等碳氢化合物。此气体在纯氧中燃烧的火焰温度可达2800左右。达到完全燃烧所需的氧气量比乙炔约大一倍。液化石油气在氧气中燃烧速度约为乙炔的一半。若液化石油气与空气混合，丙烷占23%95%体积时，遇有火星也会爆
3、炸第二节气焊用气体和焊接材料二、气焊用焊接材料1.气焊丝 气焊时，焊丝不断地送入熔池内，与熔化的母材金属熔合形成焊缝。焊缝的质量在很大程度上与气焊丝的化学成分和质量有关，因此焊丝的正确选用是非常重要的。(1)气焊丝选用的原则 1)考虑母材金属的力学性能。如果焊件工况承受冲击力，应选用韧性好的焊丝。如果要求焊件耐磨，则应选用耐磨材料的焊丝。总之，选用焊丝材料的原则之一就是要符合焊件力学性能的要求。第二节气焊用气体和焊接材料2)考虑焊接性。焊接性良好的焊丝填入焊缝熔池后，焊缝金属和熔合线处的晶粒组织细密，熔池金属没有沸腾、喷溅现象。检查焊丝的焊接性时，可用气焊火焰把焊丝一端熔化后观察一下，如果略为
4、呈现油亮而粘稠状态，凝固后焊缝表面光亮，没有裂纹、塌陷、粗糙等现象，这种焊丝就是较好的。3)考虑焊件的特殊要求。第二节气焊用气体和焊接材料(2)常用气焊丝的型号和用途1)碳素结构钢焊丝一般低碳钢焊件采用的焊丝为H08A；重要的低碳钢焊件用H08Mn、H08MnA；中强度焊件用H15A；强度较高的焊件用H15Mn。焊接强度等级为300350MPa的普通碳素钢时，采用H08A、H08Mn和H8MnA等焊丝。2)铸铁用焊丝铸铁焊丝分为灰铸铁焊丝和合金铸铁焊丝，其型号、化学成分可参见相关国家标准。第二节气焊用气体和焊接材料2.气焊熔剂(1)气焊熔剂的作用气焊过程中，被加热的熔化金属极易与周围空气中的氧
5、或火焰中的氧化合生成氧化物，使焊缝中产生气孔和夹渣等缺陷。气焊熔剂可以在焊前涂在焊件的待焊位置上或涂在焊丝上；也可以在气焊过程中将焊丝沾上熔剂后再填加到熔池内。在高温下熔剂熔化与熔池内的金属氧化物或非金属夹杂物相互作用形成熔渣，浮在焊接熔池的表面，覆盖着熔化的焊缝金属，从而可以防止熔池金属的氧化并改善焊缝金属的性能。产生的氧化物的种类来选用。第二节气焊用气体和焊接材料(2)气焊熔剂的种类气焊熔剂分为化学熔剂和物理熔剂两种。1)化学熔剂由一种或几种酸性氧化物或碱性氧化物组成，所以也称为酸性熔剂或碱性熔剂。2)物理熔剂有氯化钾、氯化钠、氯化锂、氟化钾、氟化钠、硫酸氢钠等，主要用于焊接铝及其合金。(
6、3)常用气焊熔剂及选用气焊熔剂应根据母材金属在气焊过程中所产生的氧化物的种类来选用。第二节气焊用气体和焊接材料表-常用气焊用熔剂的种类、用途及性能表 常用气焊用熔剂的种类、用途及性能第三节气焊设备及工具1.氧气瓶 氧气瓶是贮存和运输高压氧气的容器。瓶体漆成天蓝色，并漆有“氧气”黑色字样。氧气瓶容量一般为40L，额定工作压力为15MPa。图1-2气焊设备组成1氧化瓶及压力表2乙炔瓶及压力表3回火防止器4乙炔导管5氧气导管6焊炬7焊丝8焊嘴9工件10火焰2.减压器 减压器是将气瓶中高压气体的压力减到气焊气割所需压力的一种调节装置。减压器不但能减低压力、调节压力，而且能使输出的低压气体的压力保持稳定
7、，不会因气源压力降低而降低。气焊气割用减压器有氧气减压器、乙炔减压器和丙烷减压器等。第三节气焊设备及工具3.乙炔瓶 乙炔瓶是贮存和运输乙炔的容器。瓶体漆成白色，并漆有“乙炔”红色字样。瓶内装有浸满着丙酮的多孔性填料，可使乙炔15MPa的压力安全地贮存在瓶内。使用时，必须用乙炔减压器将乙炔压力降到低于0103MPa方可使用。多孔性填料通常用质轻而多孔的活性炭、木屑、浮石和硅藻土等合制而成。乙炔瓶比乙炔发生器安全，而且卫生。4.焊炬 焊炬是用于控制火焰进行焊接的工具，其功用是将可燃气体与氧气按一定比例混合后以一定速度喷出。使用各种号码焊嘴时的混合气体流速见表。第三节气焊设备及工具表-各种焊嘴的混合
8、气体流速表-焊炬分类及特点第三节气焊设备及工具5.橡皮管 氧气橡皮管应为黑色，内径为8mm，工作压力为15MPa，试验压力为30MPa。乙炔橡皮管应为红色，内径为10mm，工作压力为05MPa或1MPa。连接焊炬或割炬的橡皮管不能短于5m，一般在1015m为宜，太长了会增加气体流动的阻力。第四节气 焊 工 艺一、气体火焰1.气焊火焰的种类及特点图-氧乙炔焰a)中性焰b)碳化焰c)氧化焰1焰心2内焰(暗红色)3内焰(淡白色)4外焰(1)中性焰氧乙炔混合比(体积)为1.11.2时燃烧所形成的火焰。(2)碳化焰氧乙炔混合比(体积)小于1.1时的火焰。(3)氧化焰氧乙炔的混合比大于1.2时火焰。中性焰
9、焰心外24mm处温度最高，达3150左右。因此，气焊时焰心离开工件表面24mm，此时热效率最高，保护效果最好。第四节气 焊 工 艺2.各种火焰的适用范围 根据焊接材料来选择不同性质的火焰，才能获得优质的焊缝。各种金属材料气焊时所采用的火焰见表。表-各种金属材料气焊火焰的选择第四节气 焊 工 艺二、气焊接头的种类及坡口形式1.气焊接头的种类 常用的气焊接头形式有卷边接头、对接接头及角接接头等几种，如图 所示。焊接接头的形式可根据焊件厚度、结构形式、强度要求和施工条件等情况选定。图-气焊常用的接头形式a)、b)对接接头c)卷边接头d)角接头2.气焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 在GB/T 985120
10、08标准中规定了气焊等焊接接头的各种坡口形式与尺寸。可以根据板厚t从该标准中查出装配间隙b。如果焊件厚度较大，需要开坡口，亦可从该标准中查出相应的坡口形式及尺寸。第四节气 焊 工 艺三、气焊工艺参数 气焊工艺参数通常包括焊丝的牌号、直径，熔剂，火焰性质与火焰能率，焊嘴的倾角，焊接方向和焊接速度等。1.焊丝直径的选择 焊丝直径根据工件厚度选择。选择焊丝直径时可参见表。表-气焊焊丝直径的选择第四节气 焊 工 艺2.气焊火焰的性质和火焰能率的选择(1)火焰性质的选择火焰性质根据焊件材料的种类及其性能来选择。(2)火焰能率的选择火焰能率以每小时可燃气体(乙炔)的消耗量(L/h)来表示，其物理意义是单位
11、时间内可燃气体所提供的能量(热能)。焊接不同的焊件时，要选择不同的火焰能率。如果焊接较厚的焊件，熔点较高的金属，导热性较好的铜、铅及其合金，就要选用较大的火焰能率，才能保证焊缝焊透；反之，焊接薄板时，火焰能率就要适当地减少以防烧穿。第四节气 焊 工 艺3.焊炬倾角的选择 焊炬倾角是指焊炬中心线与焊件平面之间的夹角。焊炬倾角大，热量散失少，焊件得到的热量多，升温快；焊炬倾角小，热量散失多，焊件受热少、升温慢。因此，在焊接厚度大，熔点较高或导热性较好的焊件时，或开始焊接时，为了较快地加热焊件和迅速形成熔池，焊炬的倾角要大些；反之，可以小些。焊接碳素钢时焊炬倾角与焊件厚度的关系如图 所示。图-焊炬倾
12、角与焊件厚度的关系第四节气 焊 工 艺4.焊接方向 气焊方向可有两种，如图 所示。左向焊适用于焊接薄板，右向焊适用于焊接厚度较大的工件。5.焊接速度的选择 对于厚度大、熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以免发生未熔合的缺陷；而对于厚度小、熔点低的焊件，焊接速度要快些，以免烧穿或使焊件过热，降低焊缝质量。图-左向焊与右向焊a)左向焊b)右向焊第五节气割一、气割的基本原理1.氧气切割的过程 气割是利用气体火焰的热能将割件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割气流，使其燃烧并放出热量实现切割的方法。氧气是常用的切割气体。图 为常用的氧气切割原理简图。图-氧气切割原理简图1切割氧2预热气体3割嘴4预热火焰5
13、切割氧流6预热区7反应区8割件9熔渣10后拖线第五节气割(1)预热气割开始时，先用预热火焰将起割处的金属预热到燃烧温度(燃点)。(2)燃烧向被加热到燃点的金属喷射切割在纯氧中剧烈地燃烧。(3)氧化与吹渣金属氧化燃烧后，生成熔渣并放出大量的热，熔渣被切割氧吹掉，所产生的热量和预热火焰的热量将下层金属加热到燃点，这样继续下去就将金属逐渐地割穿。因此，金属的气割过程可概括为：预热燃烧吹渣。其实质是金属在纯氧中燃烧的过程，而不是金属熔化的过程。第五节气割2.氧气切割的条件 为了使氧气切割过程能顺利地进行下去，被割金属材料应具备以下几个条件：(1)金属材料的燃点应低于熔点如果金属材料的燃点高于熔点，则在
14、燃烧前金属已经熔化。例如，纯铁的燃点为1050，而熔点为1535；低碳钢的燃点约为1350，而熔点为1500。它们完全可满足上述条件，所以纯铁和低碳钢均具有良好的气割条件。(2)金属氧化物的熔点低于金属的熔点气割时生成氧化物的熔点必须低于金属的熔点，并且要粘度小，流动性好，这样才能把金属氧化物从切口中吹掉。表 常用金属材料及其氧化物的熔点第五节气割表-常用金属材料及其氧化物的熔点(3)金属在氧气中燃烧时放出的热量大金属燃烧时放出的热量大，才能对下层金属起到预热作用，有利于气割过程的顺利进行。凡能达到上述要求的金属都能得到满意的气割效果；而达不到这些条件的金属，其气割效果也就较差，甚至不能气割。
15、第五节气割二、气割设备 气割时所用设备，除所用的割炬与焊炬不同外，其他设备均与气焊用的设备相同。此外，气割设备还有手工割炬、半自动气割机和自动气割机。1.手工割炬2.半自动气割机 半自动切割机在我国应用广泛，常用的CG1 30型半自动气割机，可进行长度或直径大于200mm的圆周、斜面、V形坡口等形状的气割。3.自动气割机图-射吸式割炬构造原理1割嘴2混合气管3射吸管4喷嘴5氧气阀6乙炔阀7切割氧气阀8切割氧气管第五节气割三、气割工艺参数与选择 气割工艺参数包括切割氧压力、切割速度、预热火焰能率、割炬与工件间的倾角，以及割炬离开工件表面的距离等。(1)切割氧的压力切割氧的压力与割件厚度、割嘴号码
16、以及氧气纯度等因素有关。(2)切割速度切割速度与工件厚度和使用的割嘴形状有关。第五节气割切割速度快慢与否，主要根据切口的后拖量来判断。所谓后拖量，就是在氧气切割过程中，在同一条割纹上沿切割方向两点间的最大距离，如图 所示。气割时，由于各种原因，出现后拖量的现象是不可避免的，尤其气割厚板时更为显著。因此，应选用合适的切割速度，将后拖量控制到最小，以保证气割质量，同时降低气体的消耗量。图-氧气切割时产生的后拖量第五节气割(3)预热火焰的性质与能率气割时，预热火焰应采用中性焰或轻微的氧化焰而不能采用碳化焰，因为碳化焰会使割缝边缘增碳，因此在切割过程中要随时调整预热火焰。预热火焰能率应根据割件厚度选择
17、，一般割件越厚，火焰能率应越大，但割件厚度与火焰能率不成正比例关系。气割厚钢板时，由于切割速度较慢，为防止割缝上缘熔化，应采用相对较弱的火焰能率，若火焰能率过大，会使割缝上缘产生连续球状钢粒，甚至熔化成圆角，同时会造成割件背面粘附的熔渣增多而影响气割质量。在气割薄板时，因切割速度快，应采用相对稍大的火焰能率，但割嘴应离割件远些，并要保持一定的倾斜角度。第五节气割图-割炬的倾角与割件厚度的关系1厚度为420mm时2厚度为2030mm时3厚度大于30mm时(4)割炬与割件间的倾角割炬与割件的倾角，对切割速度和后拖量有着直接的影响。(5)割炬离割件表面的距离割炬离割件表面的距离，要根据预热火焰的长度
18、和割件厚度来决定。除以上因素外，影响气割质量的因素还有割件质量及表面状况、切口形状、可燃气体种类及供给方式和割炬形式等，气割时应根据实际情况掌握应用。第五节气割四、气割方法的应用与发展 氧气切割法自1905年进入工业应用以来，与机械加工切割相比，具有设备简单、投资费用少、操作方便且灵活性好，尤其是能够切割各种曲线形状的零件和大厚工件、切割质量良好等一系列特点，一直是工业生产中切割碳素钢和低合金钢的基本方法，并被普遍使用。早年通过割炬和割嘴的改进，已使切割速度和质量有了长足的提高和改善。20世纪50年代中期至60年代又相继开发出了各种机械化、自动化切割设备，特别是数控切割机的出现，使切割质量和效率有了更大幅度的提高，实现了各种形状复杂成形零件的自动切割，且切割后不需再进行后加工。而在这一时期随着造船等工业的高速发展，钢材的加工量大增，从此进入了氧气切割应用的全盛时期。第五节气割1)在厚100mm以上钢材的切割中，只有氧气切割才能胜任，其他热切割方法尚难与之匹敌。2)经常使用多割炬同时切割同形零件和含公共切割线的矩形零件(如从大张钢板上切割板条)的场合，仍具有良好的经济性。3)切割焊接坡口。4)各种型材的切割。
