气焊气割实作(模块五).ppt

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1、气焊气割实作,制作人：杨新华 孙登科所属专业类名称：材料加工工程推 荐 学 院：材料工程学院,2013多媒体课件大赛,气焊气割技术（模块五）先进焊接与切割技术,课 程 目 标,1能够正确描述热喷涂、等离子、数控及精密切割的原理、特点及应用；2能够正确描述热喷涂、等离子、数控及精密切割设备组成；3能够正确描述热喷涂、等离子、数控及精密切割工艺参数；,知识目标,能力目标,1能够识别热喷涂、等离子、数控及精密切割设备；2能简单调节等离子切割工艺参数；3能对先进焊接与切割工件做出质量评价；,目 录,1.火焰喷涂喷焊,火焰喷涂,火焰喷涂是热喷涂技术中重要的一种喷涂方法。,热喷涂 用专用设备把某种固体材料

2、熔化并使其雾化，加速喷射到机件表面，形成一特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。,火焰喷涂应用广泛,用氧燃料气体作为加热源，用燃气或惰性压缩气体雾化并加速喷涂材料，在基材表面沉积形成涂层。火焰喷涂包括线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂和棒材火焰喷涂。目前使用最多的是氧-乙炔线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。,火焰喷涂过程,1.火焰喷涂喷焊(续),加热熔化,雾化,飞行,喷涂,喷涂层的形成机理,1.火焰喷涂喷焊(续),涂层材料热喷涂材料最好有较宽的液相区；易分解材料；碳化钨；塑料对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；线材：mm,粉末：1100m(1)纯金属及其合金(2)陶瓷材料(3)复合材料(4

3、)有机塑料,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰分类中性焰：即乙炔在氧中充分燃烧。适宜于喷涂金属材料；,中性焰,1.火焰喷涂喷焊(续),还原焰：即乙炔相对氧气的比例偏大。会提高涂层碳含量且喷涂效率低；,还原焰,1.火焰喷涂喷焊(续),氧化焰：即氧气相对乙炔的比例偏大。适宜于喷涂陶瓷材料。,氧化焰,1.火焰喷涂喷焊(续),线材火焰喷涂,原理和设备,把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。,1.火焰喷涂喷焊(续),压缩空气供给系统氧-乙炔供给系统、送丝机构、喷枪,线材火焰喷涂设备图,典型线材火焰喷涂设备,1.火焰喷涂喷焊(续),1)

4、涂层结构为明显的层状结构;2)涂层中含有明显的气孔和氧化物夹渣;3)涂层结合强度为1030MPa;4)涂层气孔隙为10%15%。,涂层特性,1.火焰喷涂喷焊(续),用少量气体将喷涂粉末输送到喷枪的喷嘴前端，通过燃气加热、熔化并加速喷涂到基体表面。,粉末火焰喷涂,1.火焰喷涂喷焊(续),粉末火焰喷涂的典型装置图,粉末火焰喷涂设备 粉末火焰喷涂设备主要是粉末火焰喷枪，其它辅助设备包括气瓶、气体流量调节装置等。当需要使用压缩空气时，还包括压缩空气系统。粉末火焰喷枪外形如右图所示。,1.火焰喷涂喷焊(续),涂层特性 1）涂层中含有一定量的氧化物及气孔，并有少量变形不充分的颗粒；2）涂层结合强度10-3

5、0MPa；3）涂层孔隙率高。,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰喷涂特点及工艺,火焰喷涂特点：应用非常灵活，可喷涂金属、陶瓷、塑料等；喷涂设备轻便简单，可移动；设备价格低，经济性好。不足：喷出颗粒速度较小，火焰温度较低，涂层强度较低，气孔率高，容易氧化。,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰喷涂工艺,：预热目的：1）去除工件表面的水分；2）提高工件表面与熔粒的接触温度；3）降低涂层冷却速度，减小涂层内应力。预热温度一般控制在100200为宜。可直接用喷枪预热,需打底层时，可在喷涂工作层之前用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先喷涂一层厚度约0.100.15mm的打底层。,严格控制喷涂材料的雾化参数、供给速度、喷

6、涂距离（100150mm）、喷涂角度（6090）、喷枪与工件的移动速度（718mmin）和层间温度（250）等。,火焰喷焊,热喷焊原理 采用热源将涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，并凝结于基体表面，形成与基体具有冶金结合的表面层，把这种表面冶金强化方法称为热喷焊，也称为熔结。,1.火焰喷涂喷焊(续),热喷焊的特点组织致密，冶金缺陷很少，与基体结合强度高；所用材料范围窄；基材的变形比热喷涂大得多；热喷焊层的成分与原始成分有一定差别。,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰喷焊：火焰喷涂形成后或先在基体表面喷粉，再对涂层用火焰直接加热，使涂层在基体表面重新熔化，基体的表面完全润湿，界面有相互的元素扩散，

7、产生牢固的冶金结合。,1.火焰喷涂喷焊(续),用氧乙炔火焰作为喷焊的热源，把自熔合金粉末喷涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加热熔化涂层，获得致密的、结合牢固的喷焊层。1 火焰喷焊设备 喷焊枪,例如：氧乙炔粉末火焰喷焊,1.火焰喷涂喷焊(续),（1）预处理：清洁、粗化被处理工件表面；（2）预热：使工件产生适当的热膨胀，减少喷焊层应力。（3）喷粉和重熔：1）一步法：边喷粉边熔化。特点是粉末沉积率高，但涂层厚度不均匀。2）二步法：先喷涂，然后用重熔枪将涂层熔化形成喷焊层（“镜面”反光）。（4）后处理：喷焊较硬涂层时，应采取喷焊后缓冷的措施。,火焰喷焊工艺,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰喷焊的应用

8、,1.火焰喷涂喷焊(续),用热源将涂层材料重熔，涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。组织致密，冶金缺陷很少，与基体结合强度高；所用材料范围窄；基材的变形比热喷涂大得多；热喷焊层的成分与原始成分有一定差别,火焰喷焊的特点,1.火焰喷涂喷焊(续),1）工件表面温度：喷涂时工件表面温度900。2）结合状态：喷涂层以机械结合为主；喷焊层是冶金结合。3）粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。4）涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊层均匀致密无孔隙。5）承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。,喷焊工艺与喷涂工艺的区别,1.火焰喷涂喷焊(续),火焰喷焊的应用,热喷焊不仅可以用来

9、修复表面磨损的零件，当使用合金粉喷焊时还能使修复件比新零件更耐磨，所以也将其用于新零件表面的强化和装饰等，使零件的使用性能更好，寿命更长。,1.火焰喷涂喷焊(续),等离子切割过程与气割原理有本质的区别，它是一个物理切割的过程利用等离子弧的高温将割缝处金属熔化，并用高速焰流将其吹走随着割嘴的移动从而形成狭窄缝隙把材料分开等离子弧又称作压缩电弧一种导电截面收缩的比较小，从而能量更加集中的电弧,2.等离子切割,产生的原理与焊接用电弧基本相同电弧是一种稳定的气体放电形式，是电流通过气体的现象通常情况下，气体是良好的绝缘体在外加能量作用下，气体中一些原子放出电子而变成正离子电离,等离子弧的产生,2.等离

10、子切割（续）,等离子体,在30000K时，各种气体几乎都变成离子，处于完全电离状态处于完全电离状态的气体便是所谓的“等离子体”这种气体完全由带电粒子组成，具有很强的导电能力，呈现出明显的电磁性能，但其整体却保持着电中性物质存在的第四态,2.等离子切割（续）,等离子弧发生装置的原理,2.等离子切割（续）,电弧通过喷嘴孔道在钨极和被切割金属之间燃烧弧柱受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用,促使电弧的弧柱导电截面缩小，电流密度增加,整个弧柱的能量集中在中心区域,热收缩效应,2.等离子切割（续）,冷却气体的这种作用被称为“热收缩效应”在已缩小的截面上通过同样的电流，须提高供给电压,这时，弧柱的电场强度会

11、提高,其值在很大程度上反映了电弧所受到的压缩程度,2.等离子切割（续）,磁收缩效应,等离子弧电流达到相当数值时，弧柱电流产生的磁场对弧柱截面积进一步压缩这种作用称为“磁收缩效应”自由燃烧电弧也存在磁收缩效应等离子弧有较高的电流密度 而且以热收缩做前提 所以磁收缩效应更强,2.等离子切割（续）,机械收缩效应,喷嘴孔道的孔径对弧柱产生强制压缩作用电弧周围的压缩气流或水流也对弧柱产生强制压缩作用,这种对电弧的压缩被称为“机械收缩效应”,2.等离子切割（续）,等离子切割的实现,三种收缩效应的压力与等离子弧内部的热扩散作用达到平衡形成高速高温等离子流，从喷嘴孔喷出等离子流遇到低温金属便复合成原子或分子并

12、放出能量，使割缝处金属温度迅速升高而熔化等离子流较强的机械冲力，将被熔化的金属冲走而实现切割,2.等离子切割（续）,水射流等离子发生装置,图示为一种水射流等离子发生装置的切割示意图与一般等离子弧切割的区别主要在于喷嘴结构上的不同,2.等离子切割（续）,水射流等离子发生装置结构,在喷嘴的弧柱出口处，增加一圈水射流孔水射流从四周射向电弧，加大热收缩效应弧柱经水冷却被进一步收缩,电弧的能量密度更为集中，从而进一步提高切割速度,2.等离子切割（续）,等离子弧的类型,等离子弧的发生装置是在钨极氩弧焊的实践基础上形成的由电源的连接方式，等离子弧可分为转移型、非转移型和联合型三种,2.等离子切割（续）,转移

13、型等离子弧的发生,电极接负极，工件接正极电弧首先在电极与喷嘴间形成然后在电极与工件加一较高电压等离子弧转移到电极与工件间,2.等离子切割（续）,转移型等离子弧的应用,转移型等离子弧的阴极斑点和阳极斑点分别落在电极和工件上产生的热量多而且集中可以用于切割，也可用来进行焊接这种类型的等离子弧发生在电极和工件间，所以要求工件必须是导体,2.等离子切割（续）,非转移型等离子弧,只是喷嘴接正极等离子弧产生于电极与喷嘴之间高温焰流经喷嘴喷出阳极斑点在喷嘴上，热量损失较多导致等离子弧的温度降低,适用于薄板的切割和焊接可以切割金属材料和非金属材料,2.等离子切割（续）,联合型等离子弧,转移型等离子弧和非转移型

14、等离子弧同时存在这种类型的等离子弧主要用于 微弧焊 粉末材料的喷焊,2.等离子切割（续）,等离子弧的物理特性,(1)等离子弧的热特性热特性是一个热源的重要特性等离子弧的温度、热功率及热效率等离子弧的温度等离子弧温度主要是指弧柱的温度弧柱温度一般与电弧功率，气体、电极材料及其它工作条件有关,2.等离子切割（续）,等离子弧的温度,等离子弧的弧柱温度可达15000K50000K，而且从焰心到边缘的温度梯度极大转移型等离子弧较另两种类型等离子弧具有更高的温度工作气体用氮气，I=300A、U=250V、喷嘴孔径d=2.8mm和气体流量Q=50l/min条件下 喷嘴附近最大温度Tmax=30000当I=1

15、500A，d=2.5mm时，Tmax=52000，能量集中程度达到1.1109W/cm2,2.等离子切割（续）,等离子弧的工作气体,气体在弧柱加热、分解、电离的过程中吸收热量，并达到很高的温度气体热分解、电离以及温度升高时，吸收的热量越多，传递热量的能力越大从加热分解的角度，只有分子态气体才可能分解,等离子弧的工作气体有：H2、N2、空气、水蒸气和氩气等等离子弧燃烧时所用气体的热焓随温度的升高而增大,2.等离子切割（续）,等离子弧的热效率,电能在等离子枪中转变成热能，并没有全部用于加热工件冷却水带走、辐射等转移型弧热损失少些，工件可以得到60%的热能工件实际得到的热能为等离子弧有效热功率,2.

16、等离子切割（续）,等离子弧焰流速度,等离子弧焰流速度极快，可达到音速甚至超音速(3001000m/s)具有极强的吹力工件气体在喷嘴孔道被加热，体积急剧膨胀，喷出速度快(热力加速)切割工艺中，焰流速度快、冲力大的等离子弧被称为刚性弧小孔径喷嘴和大流量工作气体容易获得刚性弧,2.等离子切割（续）,等离子弧切割工艺,等离子弧工艺参数有 空载电压U0 切割电流I 工作电压U 气体流量Q 切割速度v 喷嘴到工件的距离h 钨极到喷嘴端面的距离l 喷嘴孔径尺寸d 切割面斜角,2.等离子切割（续）,空载电压U0,为使等离子弧易于引燃和稳定燃烧，要电源的U0150V在切割较厚材料时(200mm以上)，U0200

17、V切割厚材料时，U0=300 400V由于空载电压U0高，需注意安全,2.等离子切割（续）,切割电流和工作电压,切割电流和工作电压决定了等离子弧的功率加大切割电流和工作电压可以增加等离子弧的热功率提高被切割工件厚度和切割速度切割速度随切割电流的增加而显著增加随被切割金属厚度的增加，切割电流I对切割速度v的影响效果变小,2.等离子切割（续）,气体流量Q,在其它条件相同时，Q的增加使弧柱热收缩效应增强，能量更集中随Q的增加，U增高电弧功率提高，弧柱T升高，v增加同时电弧喷射速度加快，冲力提高，也有利于提高v和切割质量Q过大时，部分能量由冷空气带走，使熔化金属的热量减少影响电弧燃烧稳定性和正常的切割

18、,2.等离子切割（续）,切割速度v,合适的切割速度v可以提高切口表面质量在功率不变的情况下，切割速度v加快工件受热面积，热影响区V过大被切割件出现不熔化V太慢生产率，切口表面不光洁，底部毛刺增加，而且工件变形较大在保证切割质量的前提下，应尽量提高切割速度v,速度偏高形成的挂渣,2.等离子切割（续）,喷嘴到工件表面距离h,为充分利用等离子弧热量，便于操作喷嘴到工件表面的距离h控制在10mm以内通常为47mm,2.等离子切割（续）,喷嘴参数l、d,l钨极端部到喷嘴端部的距离关系到电弧能否受到良好的压缩l过大，破坏电弧稳定性l太小，容易造成钨极与喷嘴短路而烧坏喷嘴,2.等离子切割（续）,喷嘴直径d,

19、喷嘴直径影响弧柱直径和温度d压缩程度减弱，能量密度 冲力，v 切割能力一般小U对应大d，大U对应小d,2.等离子切割（续）,切割面斜角,割炬高度对切割面斜角的影响效果。,2.等离子切割（续）,3.数控火焰切割,数控火焰切割机就是用数字程序驱动机床运动，随着机床运动时，通过切割火焰对物体进行切割。这种机电一体化的切割机就称之为数控火焰切割机。,61,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,便携式数控切割机,数控火焰切割机类型与结构,3.数控火焰切割（续）,有效切割宽度分为：1.0m 1.2m 1.5m三种，有效长度有1.5m 2.0m 3.0m三种，三组数据可任意组合。便携式优点：价格便宜、质轻小巧

20、、可直接放于钢板上进行切割，提高生产率，节约成本。便携式缺点：切割宽度、长度有限制，铝合金横梁不能长时间在高温下连续切割，最厚切割60mm低碳钢，无改造价值。主要应用场合：第一类是厂房空间有限制。第二类资金紧张。第三类试探性购买。,便携式数控火焰切割机,3.数控火焰切割（续）,悬臂式数控火焰切割机简介 悬臂式优点：价格适中、占用场地少、切割范围广、最厚可切割至100mm。悬臂式缺点：悬臂式结构，单边驱动，只能固定在某一位置，不可挪动，随着使用年限的增加，误差会随着增加，无改造价值。,3.数控火焰切割（续）,龙门式数控火焰切割机简介,龙门式优点：双边驱动，龙门结构稳定，横梁采用箱式焊接技术，不变

21、形，切割尺度大，使用年限长，具有改造价值。龙门式缺点：占用厂房面积较大，固定式切割，不可拆不可挪动，购买价格较贵。,3.数控火焰切割（续）,板材数控切割机,管材数控切割机,其它数控切割机,3.数控火焰切割（续）,数控激光切割机，具有切割速度快，精度高等特点，激光切割机价格昂贵，切割费用高，目前只适合于薄板切割、精度要求高的场合数控水刀切割机，适用于任何材料的切割（金属、非金属、复合材料），切割精度高，不产生热变形，具环保的切割方式。它的缺点在于切割速度慢、效率低、切割费用高。,其它数控切割机,3.数控火焰切割（续）,切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低；但存在切割变形大，切割精度不高，而且

22、切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。,数控火焰切割机特点,3.数控火焰切割（续）,68,数控火焰切割机结构,1.料架 2.气路系统 3.控制系统 4.主端梁 5.主小车6.副小车 7.割炬 8横梁 9副端梁 10导轨与基础,3.数控火焰切割（续）,69,1、料架：料架采用钢结构焊接而成，允许多件拼接，上面铺设铸钢台角。,3.数控火焰切割（续）,70,2.主端梁 主端梁有4个侧面导向轮、两个行走轮，侧面导向轮为偏心可调整的导向轮，侧面导向轮夹紧于主导轨的两侧面，在机械行走时，起

23、导向作用，通过调节偏心轮轴可调整“夹紧轮”与导轨的间隙及横梁和纵向导轨的垂直度。主端梁装有行程限位开关，限制纵向行程。纵向减速器安装在端梁的中下部，通过它的输出齿轮与装在导轨上的齿条相啮合实现整机纵向运动。,3.数控火焰切割（续）,4.火焰精密气割,气割精度系指被切割件尺少符合图纸尺寸要求切口精度是根据切口线或切口子面相对于规定值的偏差 所确定一种高精度门式气割法,高精度门式气割机,高精度门式气割机是一种适用于气割大型钢板直缝的气割机割出适合于焊接工艺要求的形和形、形坡口同时对钢板两侧的直边进行气割，就可以得到精度很高的两条平行边，保证钢板气割后宽度尺寸的精度。,4.火焰精密气割（续）,结构特

24、点,两根精度很高的固定导轨上设置一座活动的刚度坚固的门式车架 为了保证气割缝左右侧向精度，安装了导向轴承，并对导轨、车轮、水平导向轮等的制作安装要求很严。门式车架装有横移导轨，导轨上设置横向移动小车，小车上装有割嘴架。而且形成三个割嘴的组合体，用半圆形或十字形调整架进行每个割嘴的调整和固定,右图为三个割嘴组合体,4.火焰精密气割（续）,三个割嘴的组合体一次可割成高精度的各种坡口形状。气割时要求割嘴和钢板的间距不变，保持在一定精度范围,4.火焰精密气割（续）,高精度门式气割机的优点比较显著，它能同时割出一条或数条精度很高的直线割缝工件的热变形小 切割范围广，能割钢板直边，而且还能割出各种坡口形状,4.火焰精密气割（续）,问题思考,1.火焰喷涂原理如何？2.等离子切割工艺参数如何选择？3.如何控制切割精密？4.火焰精密气割方法有哪些？,欢迎批评指正,