第二章气焊与气割

第二章气焊与气割第一节气焊与气割的基本原理适用范围与安全特点一围1气焊操作方法。可燃气体(C2H2)(C3H8)(C4H10)稀(C3H6)(H2)也曾经作为可燃气体使用过助燃气体(O2)气焊工具(蓝色)(红色)气焊器材的作用是在气焊火焰的高温下与金属表面的氧化膜发生化学反应将其消除并且在熔池表面形成熔渣2气割a适合气割的金属所必须具备的性质金属氧化物的生成温度必须低于金属的熔化温度这是因为气割并不是把金属熔化后吹除属氧化物氧化物吹除。金属能同氧发生剧烈的氧化反应气割时的温度完全是依靠金属氧化放出的热量来保持的。被切割金属的导热性不应太高。否则气割过程的热量将迅速散失金属化合物的熔点一定要低于金属熔点。否则金属的切割将成为熔割过程。其实这种假说并完全正确。生成的氧化物应该易于流动满足上述性质的金属只有碳钢和低合金钢。首先970℃以上就会被氧化1583℃其次2Fe+O2=2FeO+533(kJ)/mol氧化亚铁又称一氧化铁1369±1℃密度为5.7热会迅速被氧化成四氧化三铁。2Fe+1.5O2=Fe2O3+825KJ/mol三氧化二铁是棕红(红)色或黑色粉末1565℃5.24。在自然界以赤铁矿形式存在。也可以在铁的电化学反应中生成用。3Fe+2O2=Fe3O4+1120KJ/mol四氧化三铁为黑色晶体1594±5℃5.18实际切割过程中铁与氧的氧化反应如下Fe在970℃以上能和O2反应FeO,再生成黑色的Fe3O4,当O2的分解压较高时还会进一步生成红棕色的Fe2O3。2Fe+O2=2FeO+533(kJ)6FeO+O2=2Fe3O4+644(kJ)4Fe3O4+O2=6Fe2O3+448(kJ)铁的导热性与其他有色金属相比是很差的虽然铁的氧化物当中只有氧化亚铁的熔点低于铁的熔点氧化不过1143℃左右的熔化温度割切割。铁的氧化物流动性很好件。3a效率低b气割的优缺点一般只能切割碳钢二a防止氧气瓶b防止乙炔管回火造成乙炔瓶爆炸c防止切割熔渣四处飞溅引起火灾。第二节气焊气割火焰及工艺参数的选择一a氧3150℃b氧2520℃c氧焰温度大约2770℃割。氧乙炔焰和氧丙烷的燃烧过程a(丙烷)燃烧是以两次燃烧的形式进行的。一次燃烧是燃气和氧气的混合气从焊割炬口喷出时形成的乙炔C2H2+O2=2CO+H219083KJ/m3丙烷2C3H8+3O2=6CO+8H210041KJ/m3一次燃烧的产物为CO和H2bCO和在内焰的外部与O2继续反应进行二次燃烧丙烷6CO+8H2+7O2=8H2O6CO294416KJ/m3乙炔4CO+2H2+3O2=2H2O4CO236162KJ/m3二次燃烧的产物是H2O和CO2。二次燃烧形成焊1a定义O2/C2H21.11.2的混合气燃烧形成的气体火焰特点焰芯(8001200℃)内焰(31003150℃)24mmCO和氢气H2组成行。工件应距离焰芯24mm长度位置Fe3O4+4CO======3Fe+4CO2Fe2O33CO======2Fe3CO2FeO2H======Fe2OHFe2O3+3H2======2Fe+3H2O注意要想反应完全必须在800℃以上下图是我们在初中化学课程做过的一个实验外焰(12002500℃)。处在内焰的外部化碳和氢气在这里与空气中的氧进行第二阶段的燃烧。生成物是二氧化碳和水。由于二氧化中性焰的调节方法由大至小由小至大b定义比值O2/C2H21.1的混合气燃烧形成的气体火焰特点焰芯和碳粒组成。内焰2700-3000℃。由于碳化焰中的乙炔过剩气焊高碳钢外焰碳化焰的调节方法c定义O2/C2H21.2的混合气燃烧形成的气体火焰特点焰比较短火焰就越短。焰芯内焰31003400℃外焰2焊接材料火焰种类焊接材料火焰种类低碳钢中性焰紫铜中性焰低合金钢中性焰锡青铜轻微碳化焰高碳钢轻微碳化焰黄铜氧化焰灰口铸铁碳化焰铝中性焰高速钢碳化焰蒙乃尔合金碳化焰锰钢轻微碳化焰镍碳化焰镀锌铁板氧化焰硬质合金碳化焰不锈钢中性焰碳化焰铅中性焰二气焊的主要工艺参数包括型号和焊嘴号码1焊丝牌号和直径的选择子供各位参考。碳素钢焊丝牌号化学成分CMnSiCrNiSPH08≤0.10.30.55≤0.03≤0.2≤0.04≤0.04H08A≤0.10.30.55≤0.03≤0.2≤0.03≤0.03H08E≤0.10.30.55≤0.03≤0.2≤0.025≤0.025H08Mn≤0.10.81.10≤0.07≤0.2≤0.04≤0.04H08MnA≤0.10.81.10≤0.07≤0.2≤0.03≤0.03H15Mn≤0.10.81.10≤0.03≤0.2≤0.04≤0.04表格中可见含量都比较高。铜及铜合金焊丝牌号名称成分熔点℃接头抗拉强度MpaGB9460用途工艺条件保证值一般结果HS201紫铜焊丝Sn0.8~1.2Si0.2~0.5Mn0.2~0.5P0.02~0.15Cu余量1050无氧铜或脱氧铜的氩弧焊196220HSCu氩弧焊气焊HS202低磷紫铜焊丝P0.2~0.4Cu余量1060无氧铜气焊160紫铜气焊HS220锡黄铜焊丝Sn0.5~1.5Cu5761Zn余量886HSCuZn-2黄铜HS221锡黄铜焊丝Cu5961Sn0.8~1.2Si0.15~0.35Zn余量890H62黄铜气焊333450HSCuZn-3黄铜气焊铜HS221(焊丝221用途最广)焊丝直径的选择工件厚度1.02.02.03.03.05.05.010.01015焊丝直径1.02.02.03.03.04.03.05.04.06.02火焰种类的选择适用范围”部分已经讨需要尽量减少元素烧损时需要增碳和还原气氛时母材中含有低熔点元素比如锡SnZn3火焰能率的选择4焊嘴倾角的选择素综合考虑的。焊嘴倾角大之开始焊接时8090度焊接结束时为3040度一般地90100度与工件倾角3040度5将熔剂直接加到熔池内a保护熔池少有害气体氧b去除熔池中已经形成的氧化物杂质c增加熔池金属的流动性021气焊与气割原理12-6气焊溶剂牌号名称成分熔点℃用途CJ101不锈钢耐热钢气焊溶剂高岭土30低碳锰铁10大理石28硅铁6钛白粉20钛铁6900良好的浸润作用CJ201铸铁气焊溶剂H3BO318MnO37Na2CO340NaNO315NaHCO320650呈碱性反应CJ301铜及铜合金气焊溶剂H3BO37679Na2B4O716.518.5AlPO44.05.5650紫铜解氧化铜及氧化亚铜CJ401铝及铝合金气焊溶剂KCl49.552NaCl2730LiCl13.515NaF7.59560呈碱性反应5焊接速度的选择厚度大的工件厚度薄的工件三主要工艺参数气割的主要工艺参数包括割炬型号割嘴型号与切割氧压力1割炬型号割嘴型号与切割氧压力割炬型号割嘴型号切割氧压力对照表割炬型号G0130G01100G02100结构形式射吸式等压式割嘴号码123123123割嘴孔径mm0.60.81.01.01.31.60.81.01.2切割厚度mm21010202030102525305010051010252540氧气压力Mpa0.200.250.300.200.350.500.250.300.35乙炔压力Mpa0.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0010.10.0250.10.0300.10.0400.1氧气消耗量m3/h0.81.42.22.2~2.73.5~4.25.5~7.3乙炔消耗量L/h210240310350400400500500610割嘴形状环形梅花形和环形梅花形割嘴型号含义G01230100300氧气纯度不低于99.5%952气割速度后拖量平方向上的距离。在切割时熔渣和火花垂直向下火现象。3预热火焰的作用把钢材加热到能够在氧气中燃烧的温度使得钢材表面的氧化皮剥离和熔化预热火焰过大预热火焰过小44mm以下钢板气割割嘴可以后倾2545度420mm钢板气割2030度角20mm厚度以上钢板气割在1624mm钢板中间开孔时的45度让高压氧气流向后吹535mm。切割薄板割嘴可以距离钢板远些割嘴几乎贴近钢板。第三节气割常用气体的性质及安全特点一1C2H2含有硫化氢H2S和磷化氢H3P1.17kg/m383℃85℃。液体和固体乙炔可能因为摩擦和撞击而爆炸。乙炔与空气混合气燃烧温度为2350℃乙炔与氧气混合气燃烧温度为3150℃乙炔的完全燃烧反应式2C2H25O24CO22H2O2599.2KJ即1体积的乙炔完全燃烧需要与2.5体积的氧气进行反应。2a温度超过200~300℃时(C6H6),苯乙烯(C8H8),萘(C10H8),甲苯(C7H8),聚合作用会放出热量到500℃时C2H22CH2226KJ/mol密闭体比如乙炔瓶中进行增大10~13倍而爆炸。正常温度下的乙炔瓶如果遭到剧烈碰撞所以日光爆晒。b乙炔的分解爆炸与存放的容器的形状和容积有关c乙炔与铜(Cu2C)和乙炔银(Ag2C2)用的所有器材都不能用银或者含量超过75e乙炔与氯及次氯酸盐化合乙炔起火要不能用四氯化碳灭火。3乙炔与空气或氧气的混合气的爆炸性可燃气体可燃气体在混合气中的含量空气中氧气中乙炔2.2~81.02.8~93氢气3.3~81.54.6~93.9一氧化碳11.4~77.515.5~93.9甲烷4.8~16.75.0~59.2天然气4.8~14.0石油气3.5~16.3表中可见乙炔无论与空气或者氧气混合安全。4乙炔的贮存15℃0.1Mpa时1升丙酮可以溶解23升乙炔1.42Mpa时1升丙酮可以溶解乙炔400升。所以的减压阀时刻处于最高的位置。防止丙酮流出。现阶段使用的瓶装乙炔气是采用溶解吸附原不可压缩气体溶解性较大和活性碳的吸附原理充装乙炔气。一般国家标准是钢瓶里14kg丙酮溶解5-7kg乙炔气6小时以上3600千瓦时和一吨多焦炭50元以上难返。5乙炔中的杂质磷化氢(H3P)(H2S)导致裂缝。乙炔中含有空气则容易引起爆炸。批量购买的溶解乙炔则不应存在上述杂质超标的现象。二(丙烷)(C3H8)分子量为44.060℃气态时的密度为2.014g/L比空气重。逸出时易沉积于地面上的凹坑就会燃烧。在空气中的体积比为2.39.5个爆炸区间比乙氧气中的燃烧速度为4m/s,比乙炔的燃烧速度(8m/s)低得多0.1MPa下的燃点为515543℃(406440℃)高装置。1970年美国首先发明FXDH新燃料添加剂(俗称“工业味精”)3320至3400(据美国介绍)1976年美国用于军事工业1990年代初FXDH燃料添加剂的价格极其昂贵剂尚不过关。所以丙烷与乙炔的等价热量成本对照丙烷的气态标准燃烧热为-2219.1kJ/mol,它在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2219.1(kJ)(1)乙炔(C2H2)分子量为26.01,在0℃1.173g/L,比空气轻。乙炔的气态标准燃烧热为-1299.6kJ/mol,在氧气中完全燃烧时的化学反应方程式为2C2H2+5O2=2CO2+2H2O+2599.2(kJ)(2)由式(1)和式(2)可分别计算出1mol丙烷及等价热量的乙炔完全燃烧所需的生产成本(按丙烷气市价100130元/15千克60元/5千克,1.75元/米3)按此计算1mol,丙烷气成本为0.490.58元,等价热量时,乙炔成本为0.7元。这样17.14%。丙烷和乙炔用于钢板切割时的成本对照实际上的混合气从割炬口喷出时形成的丙烷2C3H8+3O2=6CO+8H2(3)乙炔C2H2+O2=2CO+H2(4)一次燃烧的产物为CO和H22520℃度更高达3150℃。一次燃烧的产物CO和在内焰的外部与O2继续反应进行二次燃烧丙烷6CO+8H2+7O2=8H2O+6CO2(5)乙炔4CO+2H2+3O2=2H2O+4CO2(6)二次燃烧的产物是H2O和CO2。二次燃烧形成焊、割炬的外焰热量也即燃气的二次火焰热值。下表为丙烷和乙炔的两次燃烧热值燃气种类丙烷乙炔一次火焰热值/(kJ.m3)1004119083二次火焰热值/(kJ.m3)94416361