焊接工艺第二章气焊与气割.ppt
焊接工艺,锦西工业学校焊接,第二章 气焊与气割,在生产中，利用可燃气体与助燃气体混合燃烧所释放出的热量作为热源进行金属材料的焊接或切割，是金属材料热加工常用的工艺方法之一。,内容提要：1.气焊的基本原理、特点及应用2.气焊用气体和焊接材料3.气焊设备及工具4.气焊工艺5.气割,2.1气焊的基本原理、特点及应用,一 基本原理 气焊是利用气体火焰作热源的一种焊接方法。它借助可燃气体与助燃气体混合后燃烧产生的火焰，将接头部位母材金属和焊丝熔化，使被熔化的金属形成熔池，冷却凝固后形成一个牢固的接头，从而使两焊件连接成一个整体。最常用的气焊方法是氧乙炔焊。如图所示。,二 特点气焊与电弧焊相比，有如下特点：优点：1）设备简单，移动方便，无电力供应的地区可以方便焊接。2）可以焊接很薄的工件。3）焊接铸铁和部分有色金属是焊缝质量好。缺点：1）热量较分散，热影响区及变形大。2）生产率较低，不易焊接较厚的金属。3）有些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。三 应用适用于薄板的焊接以及低熔点材料的焊接，能用于工具钢和铸造类需要预热和缓冷的材料的焊接，同时还广泛应用与有色金属的钎焊及硬质合金堆焊，以及用于磨损和报废件的补焊。,2.2气焊用气体和焊接材料一 气焊用气体 助燃气体（氧气）可燃气体（乙炔、液化石油气等）其中乙炔是目前最常用的可燃气体 常用可燃气体的基本特性-发热量 中性焰 着火点 初级氧与 爆炸极限（%）在氧气的 气体 温度 可燃气体-燃烧速度（J/L）（）（）的体积比 与空气 与氧气（m/s）-乙炔 52754 3087 335 1.15 2.281 2.893 7.5 丙烷 99227 2526 481 3.5 2.39.5 2.0 丙烯 93868 2900 500 3.5 2.011 2.0 甲烷 33494 2538 1.5 4.814 5.059.2 氢 10048 2160 0.30.4 3.381.5 4.6593.9 煤气 20934 2100 1.21.3 3.824.8 1073.6-,（1）氧气 氧气是气焊（气割）时必须使用的气体。氧气在常温和标准大气压下是一种无色、无嗅、无味、无毒的气体,其分子式为O2。在标准状态下（101.3kPa，0时）密度为1.43Kgm3，比空气稍重。氧的液化温度为-182.96，液态氧呈蓝色。在-218.4时形成淡蓝色的固体。氧气纯度对气焊、气割的质量和效率有直接影响。工业用氧分为两级，一级纯度不低于99.5%，二级纯度不低于98.5%。通常，氧气厂供应的氧气就可以满足气焊、气割的要求，对于质量要求高的气焊应采用一级纯度的氧。（2）乙炔 乙炔是碳氢化合物，分子式是C2H2，在常温常压下是无色气体。工业用乙炔，因含有硫化氢H2S及磷化氢H2P等杂质，故具有刺鼻的臭味。在标准状态下，密度为1.17kgm3。乙炔沸点为-82.4，温度在-83.6时变为液体。乙炔能溶解于水、丙酮等液体中，其中以丙酮的溶解度最大，在常温常压下1L丙酮能溶解23L乙炔。乙炔是一种危险的易燃、易爆气体，不论是液体或固体，在一定条件下可能因摩擦、冲击而爆炸。工业用乙炔用水分解电石而得到。（3）丙烷、丁烷 是石油工业的副产品，也称液化石油气，主要成分是丙烷C3H8、丁烷C4H10等碳氢化合物。,气焊用焊接材料1.气焊丝气焊的焊丝只作为填充金属，与熔化的母材一起组成焊缝。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。（1）选用原则1）考虑母材金属的力学性能2）考虑焊接性3）考虑焊件的特殊要求（2）常用气焊丝的型号和用途焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A等。焊丝的直径一般为24mm，气焊时根据焊件厚度来选择。为了保证焊接接头的质量，焊丝直径和焊件厚度不宜相差太大。铸铁用焊丝，其型号、化学成分可参见国家标准。常用焊接用钢丝的化学成分 牌号 化 学 成 分（%）碳 锰 硅 硫 磷 H08 0.10 0.300.55 0.03 0.04 0.04 H08A 0.10 0.300.55 0.03 0.03 0.03 H08E 0.10 0.300.55 0.03 0.02 0.02 H08MnA 0.10 0.801.10 0.07 0.03 0.03 H08Mn2SiA 0.11 1.802.10 0.650.95 0.03 0.03,2.气焊熔剂 气焊熔剂是气焊时的助溶剂，其作用是保护熔池金属，去除焊接过程中形成的氧化物和增加液态金属的流动性。气焊溶剂主要供气焊铸铁、不锈钢、耐热钢、铜和铝等金属材料时使用，气焊低碳钢时不必使用气焊熔剂。我国气焊熔剂的牌号有CJ101、CJ201、CJ301及CJ401四种。其中，CJ101为不锈钢和耐热钢气焊熔剂、CJ201为铸铁气焊熔剂、CJ301为铜和铜合金气焊熔剂、CJ401为铝和铝合金气焊熔剂。常用气焊溶剂的种类、用途及性能,2.3气焊设备及工具 气焊设备及工具主要由氧气瓶、氧气减压器、乙炔瓶、乙炔减压器、回火保险器、焊炬和橡皮管等组成。如图所示。,1.氧气瓶氧气瓶是储存和运输氧气的高压容器，其工作压力为15MPa，容积为40L。氧气瓶的外表面涂天蓝色，用黑漆写上“氧气”字样。使用氧气瓶时要保证安全可靠、防止爆炸。放置它时必须平稳，尽量垂直放置，不与其它气瓶混放，不得靠近明火或热源，避免撞击，防止暴晒，与乙炔瓶保持距离。2.减压器减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置，气焊用的钢瓶减压器有氧气减压器和乙炔减压器。减压器的作用就是降低气体压力，调节压力，并保证降压后的气体压力稳定不变。右图为氧气减压器。,乙炔减压器 1-紧固螺钉 2-夹环 3-连接管4-乙炔减压器,3.乙炔瓶乙炔瓶是一种储存和运输乙炔用的容器。其外形与氧气瓶相似，外表漆成白色，并标注红色“乙炔”字样。乙炔瓶的工作压力为1.5MPa。在乙炔瓶内装有浸满丙酮的多孔性填料，能使乙炔稳定而安全地储存在瓶内。使用时，溶解在丙酮内的乙炔就分解出来，通过乙炔瓶阀流出，而丙酮仍留在瓶内，以便溶解再次压入的乙炔。乙炔瓶阀下面的长孔内放有石棉，其作用是帮助乙炔从多孔性填料中分解出来。工业用乙炔是用水分解电石而得来的，其化学反应式如下：CaC2+2H2O C2H2+Ca（OH）2+127.2kJ/mol电石 水 乙炔 熟石灰 注：乙炔发生器也是气焊气割的设备，但由于其安全性差、操作环境恶劣，目前很少使用，故在此不作介绍。,4.焊炬焊炬是气焊时用于控制气体混合比、流量并进行焊接的工具。乙炔和氧气按一定比例均匀混合由焊嘴喷出后，点火燃烧，产生气体火焰。焊炬有射吸式焊炬和等压式焊炬两种：,射吸式焊炬使用的可燃气体表压力低于0.07MPa，可燃气体靠喷射氧流的射吸作用与氧气混合，故称射吸式焊炬见图a，氧气从喷嘴以很高速度射入射吸管3，将低压乙炔吸入射吸管。等压式焊炬使用的氧气压力与可燃气体压力相等，不靠喷射氧流的射吸作用即能进行气体的混合，见图b。它只适用于中压或高压乙炔。（先开氧气阀，先关乙炔阀）5.橡皮管,氧气橡皮管应为黑色，内径8mm，乙炔橡皮管应为红色，内径10mm，连接焊炬或割炬的橡皮管不能短于5m一般在1015m为宜，太长会增加气体流动的阻力。,6.回火保险器 气焊、气割作业时，气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。产生回火的原因是喷嘴孔道堵塞和喷嘴温度过高，造成气流不畅，使混合气体的喷射速度小于燃烧速度所致。装在燃料气体系统上的防止向燃气管路或气源回烧的保险装置称为回火保险器。回火保险器有水封式和干式两种。,水封式中压回火保险器 正常工作时，乙炔从底部进气口1进入，顶开止回阀2，经过滤清器6从出气口11进入焊（割）炬。发生回烧时，火焰从出气口11倒灌，顶开橡胶膜10，使燃烧火焰从放气口7逸入空气中，另一方面燃烧火焰压力关闭止回阀2，切割气路，使火焰无法进入乙炔气发生装置。另外，筒体内的水也阴断了火焰的通路，起到保险作用。干式回火保险器 正常工作时，乙炔气从底部进气口进入，流入较小的爆炸室，由出气口进入焊（割）炬，发生回烧时，防爆橡胶膜瞬间被冲破，使燃烧气体很快散发到空气中。其主要缺点是发生回烧后不能切割气源。,2.4气焊工艺气体火焰乙炔与氧气混合燃烧所形成的火焰，一般称为氧乙炔焰。氧乙炔焰具有很高的温度，加热集中，是目前气焊中采用的主要火焰。乙炔的完全燃烧是按下列方程式进行的：C2H2+2.5O2=2CO2+H2O+1302.7 kJ/mol改变氧和乙炔的混合比例，可获得三种不同性质的火焰。a)中性焰 1.11.2b)碳化焰 1.2,（1）中性焰 氧和乙炔的混合比例为1.11.2时燃烧所形成的火焰称为中性焰。它由焰心、内焰和外焰三部分组成，内焰区气体为CO和H2，无过量氧，也没有游离碳。中性焰温度为30503150左右，中性焰在距离焰心外面2 4mm处温度最高，可达3150左右。（2）碳化焰 碳化焰是指氧气与乙炔的混合比例小于1.1时燃烧所形成的火焰。由于氧气不足，燃烧不完全，过量的乙炔分解为碳和氢，故碳会渗到熔池中造成焊缝渗碳，碳化焰具有较强的还原作用。碳化焰温度为27003000左右。（3）氧化焰 氧与乙炔的混合比例大于1.2时燃烧所形成的火焰称为氧化焰。氧化焰比中性焰短，分为焰心和外焰两部分。由于火焰中有过量的氧，故对熔池金属有强烈的氧化作用，一般气焊不宜采用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才用轻微氧化焰，以利其氧化性，在熔池表面形成一层氧化物薄膜，以减少低沸点锌的蒸发。氧化焰温度为31003400左右。,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。,2.气焊焊缝坡口的基本形式与尺寸参照国家标准GBT985-1988，根据板厚查处装配间隙。气焊焊接参数包括焊丝的牌号、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是根据工件厚度选择的。参见下表：工件厚度mm 12 2 3 3 5 5 10 10 15 15焊丝直径mm 12 2 2 3 3 4 4 6 6 82.气焊火焰的性质和火焰能率的选择(1)火焰性质的选择 根据焊件材料的种类及性能来选择：对于需要尽量减少元素烧损和增碳的材料，气焊时应选用中性焰；对于允许和需要增碳及还原气氛的材料，气焊时应选用碳化焰；对于母材金属含有低沸点元素（Sn、Zn等）的材料，气焊时应选用氧化焰。（2）火焰能率的选择 火焰能率是以每小时可燃气体（乙炔）的消耗量（Lh）来表示的，物理意义是表示单位时间内可燃气体所提供的能量（热能）。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，选用较大的火焰能率；反之，就要选用较小火焰能率。火焰能率的大小，主要取决于氧乙炔混合气体的流量。流量可以靠更换焊炬型号和焊嘴号码来粗调，也可以调节气体调节阀细调。,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。在焊接过程中应不断变化。开始加热时应大些，以便能够较快地加热焊件，迅速形成熔池；焊件较厚时，应较大；在结尾阶段，为了更好地添满尾部焊坑，避免烧穿，应适当地减小。4.焊接方向 左向焊焊丝和焊炬从焊缝的右端向左端移动，焊丝在焊炬前面，火焰指向焊件的待焊部分。其特点是操作简单方便，适于焊接较薄和熔点较低的工件。右向焊焊丝与焊炬从焊缝的左端向右端移动，焊丝在焊炬后面，火焰指向焊件的已焊部分。其特点是焊接过程中火焰始终笼罩着已焊的焊缝金属，使熔池冷却缓慢，有助于改善焊缝的金属组织，并且热量集中，熔深大，适用于焊接厚度较大的工件，但操作较难掌握。5.焊接速度的选择在保证焊接质量的前提下，应尽量加快焊接速度，以提高生产率。,2.5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切割件预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量实现切割的方法。氧气切割是常用的切割方法。,氧气切割包括下列三个过程：（1）预热 气割开始时，用预热火焰将待切割处金属预热到燃点。（2）燃烧 向被加热到燃点的金属喷射切割氧，使金属在纯氧中剧烈的燃烧。（3）氧化与吹渣 金属氧化燃烧后，放出大量的热，熔渣被切割氧吹掉，放出的热量将下层金属加热到燃点，继续下去就将金属逐渐的割穿。总之，金属的气割过程为预热燃烧吹渣的过程。其实质是金属在纯氧中燃烧的过程，而不是金属的熔化过程。,氧气切割原理简图,2.氧气切割的条件(1)金属材料的燃点应低于其熔点 这样才能保证金属气割过程是燃烧过程，而不是熔化过程。因为液态金属流动性大，切口不平整，切割质量差。如低碳钢的燃点约1350，而熔点约为1500左右，完全满足了气割条件。碳钢中，随含碳量的增加，燃点升高而熔点降低。含碳量为0.7%的碳钢，其燃点比熔点高，难以气割。当含碳量超过1%时，一般就不能切割。（2）金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点 同时粘度要小，流动性要好，否则，气割过程中形成的高熔点金属氧化物会阻碍下层金属与切割射流的接触，使气割发生困难。如铝的熔点（660）低于三氧化二铝的熔点（2050），铬的熔点（1550）低于三氧化二铬的熔点（1990），所以铝及铝合金、高铬或铬镍钢都不具备气割条件。表列出了一些常用金属及其氧化物的熔点。右表中为常用金属材料及其氧化物的 熔点。（3）金属燃烧时能放出大量的热 这样才能保证气割处的金属具有足 够的预热温度，使气割过程能继续进行。满足上述条件的金属材料有纯铁、低碳钢、和某些低合金钢。,表2-5 常用金属及其氧化物的熔点,二 气割设备 气割时所用设备，除割炬与焊炬不同外，其他设备均与气焊用的相同。气割设备有手工割炬、半自动气割机和自动气割机。1.手工割炬有射吸式和等压式，应用较多的是射吸式，如图所示。2.半自动气割机应用很广，小车式半自动切割机，可进行直线和直径大于200mm的圆周、斜面、V形坡口等形状的切割。如右图所示，为全位置切割。3.自动切割机常用的是摇臂仿形式和直角坐标式，如下图所示为数控气割机。,三 气割工艺1.气割参数与选择 气割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 与割件厚度、割嘴号码以及氧气纯度等因素有关。（2）切割速度 与工件厚度和使用的割嘴形状有关。切割速度正确与否，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。后拖量是不可避免的，只能尽量减小。如右图所示。（3）预热火焰的性质与能率预热火焰应采用中性焰或轻微氧化焰而不能采用碳化焰。预热火焰能率根据割件厚度决定。（4）割炬与割件间的倾角对切割速度和后拖量有直接影响。（5）割炬离割件表面的距离通常火焰焰芯离开割件表面的距离应保持在35mm范围内。,四 气割方法的应用与发展等离子弧切割法应用渐广，但氧气切割在一些场合还具有一定的优越性：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的场合，仍具有良好的经济型。3）切割焊接坡口。4）各种型材的切割。,
