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本章重点:①气焊平敷焊,气焊平对接焊以及管材对接气焊的操作方法和技能。②气割的操作技术和工艺要求。本章难点:①气焊与气割气体火焰的调节。②气焊与气割所用设备的安全操作。教学目标:①让学生熟悉并了解和使用气割气焊设备。②让学生熟悉气割气焊的工艺流程③通过练习相应的气焊与气割工艺等实践环节,来培养和提高工艺能力和经验。项目四、气焊与气割项目一、气焊气割原理及设备一、气焊、气割原理1、气焊的原理氧乙炔焊是熔焊的一种形式,它是利用气体火焰所产生的热量,将被焊材料局部加热到熔化状态,另加填充金属而进行金属连接的一种焊接方法。乙炔和氧气在一个腔内混合,在喷嘴处点燃后作为一种高温热源(大约3000℃),将焊条和母材熔化。它是一种由化学能转为热能的熔化焊方法。乙炔与纯氧混合燃烧的火焰温度高达3000~3300℃,燃烧时放出的热量大,且热量较集中,用该气体火焰加热并熔化焊件和填充金属形成熔池。同时气体火焰还可以隔绝空气,保护熔池,随着火焰移动,熔池金属冷却凝固后,形成焊接接头。2、气焊概述气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。乙炔是可燃气体,氧气是助燃气体。乙炔和氧气混合燃烧形成的火焰称为氧乙炔焰。气焊的焊丝只作为填充金属,和熔化的母材一起组成焊缝。氧乙炔焰按氧乙炔混合比值(指氧气与乙炔气的混合比例)的不同可分为中性焰、碳化焰和氧化焰3种与电弧焊相比,气焊火焰的温度较低,热量较分散,加热缓慢,生产率低,焊件变形严重。气焊不易焊较厚的工件。气焊时焊缝金属的保护较差。但是,气焊火焰易于控制。操作简便,灵活性强,气焊设备不需电源。火焰种类火焰特征中性焰碳化焰氧化焰氧乙炔混合比1.O~1.21.O1.2最高火焰温度/℃315030003300火焰特征包括焰心、内焰和外焰。焰心呈亮白色,端部有淡白色火苗时隐时现,离焰心端前面2~4mm处温度最高焰心、内焰和外焰三区很明显。焰心呈亮白色,内焰淡白色有焰心,但没有内、外焰之分应用广泛用于气焊低碳钢、中碳钢、普通低合金钢、不锈钢等轻微碳化焰可用于铸铁、高碳钢、高速钢等的焊接及硬质合金堆焊、钎焊等轻微氧化焰只用在黄铜、锡青铜及镀锌铁皮等的气焊时,利用其轻微氧化性,可减少低沸点锌、锡的蒸发3.气割原理金属在氧气中剧烈燃烧的过程就是气割过程的实质。氧气切割过程由4个步骤组成。①预热。将切割部位的金属表层预热至燃点以上。②氧化。切割用氧气从割嘴中心喷出,已达到燃点的金属急剧氧化燃烧,并形成氧化物渣。③吹渣。液态的氧化物渣被高速切割氧气气流吹走,将未被氧化的金属暴露在氧气流中。④前进。暴露在氧气气流中的金属,在上面的金属被氧化时放出的热量的作用下温度升高到燃点,继续被氧气气流氧化燃烧成渣并被吹走,最后金属在整个厚度方向被氧化割穿。4.气割的条件①金属材料的燃点应低于其熔点。如果金属材料的燃点高于熔点,那么金属燃烧前已经熔化,熔化的液态金属流动性大,造成难以形成切口,甚至无法进行切割过程。②金属氧化物熔点要低于金属的熔点。金属氧化物被燃烧热熔化后,再被气流吹除,顺利实现切割过程,且被切割金属不熔化,割口窄小、整齐。③金属在氧气中燃烧释放热量要大。气割时预热的热量主要依靠燃烧热(70%),而不是火焰的热量(30%),因此燃烧热大才能迅速将金属预热到燃点,实现切割。④金属导热性不能太好。导热性好,则燃烧热传导、散失得快,切口处的温度不易达到金属的燃点。⑤阻碍气割的元素和杂质少。5、气焊、气割应用范围A、气焊的应用气焊比其他焊接方法加热温度低、速度慢,特别适用于板厚为0.5~3.5mm的薄钢板、薄壁管、熔点较低的非铁金属合金、铸铁件的焊接及硬质合金的堆焊,并广泛用于被磨损零件的焊补。B、气割的应用气割可以切割较厚的工件,可以气割曲线割缝,但必须满足上述气割条件才能进行气割。因此,低碳钢、中碳钢和低合金钢气割性能良好而广泛采用气割。而铸铁、铝和铜及其合金、不锈钢不具备气割条件,均不能用一般气割方法进行切割,不过,通过采用等离子切割可以获得高质量的割缝。二、气焊和气割设备组成:主要由氧气瓶、乙炔瓶、焊炬等组成。如表所示。序号部件名称作用1氧气瓶氧气瓶是运送和储存高压氧气的容器的作用2乙炔瓶乙炔瓶是储存和运送乙炔为容器的作用3减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。对不同性质的气体,必须选用符合各自要求的专用减压器4回火防止器截留回火气体,保证乙炔瓶的安全5焊炬将乙炔和氧气按一定比例均匀混合,由焊嘴喷出,点火燃烧,产生气体火焰6焊嘴由大小不同的焊嘴喷出,点火燃烧,产生大小不同的气体火焰燃烧工件7氧气、乙炔管输出乙炔气体以及高压氧气用于助燃1、氧气瓶氧气瓶是运送和储存高压氧气的容器,氧气瓶属于压缩气瓶,主要由瓶体、瓶阀、瓶帽和防振圈等组成。其容积为40L,输出压力为15MPa。工作压力调节范围0.1-1.25MPa。按照规定,氧气瓶外表漆成天蓝色,并用黑漆标明“氧气”字样。保管和使用时应防止沾染油污;放置时必须平稳可靠,不应与其他气瓶混在一起;不许曝晒、火烤及敲打,以防爆炸。使用氧气时,不得将瓶内氧气全部用完,最少应留0.1~0.2MPa,以便在再装氧气时吹除灰尘和避免混进其他气体。2、乙炔瓶乙炔瓶是储存和运送乙炔的容器,国内最常用的乙炔瓶公称容积为40L,输出压力为1.5MPa。工作压力调节范围0.01-0.15MPa。其外形与氧气瓶相似,外表漆成白色,并用红漆写上“乙炔”“不可近火”等字样。在瓶体内装有浸满丙酮的多孔性填料,可使乙炔稳定而又安全地储存在瓶内。使用乙炔瓶时,除应遵守乙炔瓶使用要求外,还应该注意:瓶体的温度不能超过30~40℃;搬运、装卸、存放和使用时都应竖立放稳,严禁在地面上卧放并直接使用,一旦要使用已卧放的乙炔瓶,必须先直立后静止20min,再连接乙炔减压器后使用;不能遭受剧烈的震动等。3、减压器:氧气、乙炔减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。对不同性质的气体,必须选用符合各自要求的专用减压器。通常气焊时所需的工作压力一般都比较低,如氧气压力一般为0.2~0.4MPa,乙炔压力最高不超过0.15MPa。因此,必须将气瓶内输出的气体压力降压后才能使用。减压器是将高压气体转换为低压气体的调节装置,减压器可起到调压和稳压的作用,此外,还可以防止氧气逆向流入可燃气瓶引起爆炸。减压器在专用气瓶上直安装牢固。各种气体专用的减压器,禁止换用或替用,如下图所示。氧气减压器乙炔减压器4、各种软管:从各调节器、气瓶处将氧气和乙炔输送到焊炬处。5、焊炬是气焊时用于控制气体混合比、流量及火焰强度并进行焊接的工具,焊炬的作用是将乙炔和氧气按一定比例均匀混合,由焊嘴喷出,点火燃烧,产生气体火焰。各种型号的焊炬均配备3~5个大小不同的焊嘴,以便焊接不同厚度的焊件时使用6、割炬是气割时用于安装或更换割嘴,调节预热火焰、气体流量和控制切割氧流量并进行气割的工具。7、回火防止器:正常气焊时,火焰在焊炬的焊嘴外面燃烧。但当气体供应不足、焊嘴阻塞、焊嘴太热或焊嘴离焊件太近时,火焰会沿乙炔管路往回燃烧。这种火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。如果回火蔓延到乙炔瓶,就可能引起爆炸事故。回火防止器的作用就是截留回火气体,保证乙炔瓶的安全。如果混和气的流出速度比燃烧速度快,则火焰离开喷嘴一段距离再燃烧;如果混和气的流出速度比燃烧速度慢,则火焰就进入喷嘴逆向燃烧。这是发生回火的根本原因。造成混和气的流出速度比燃烧速度慢的主要原因是:割嘴堵塞,混和气流出不畅;割嘴、割炬过热,割嘴离工件太近,流出气体被工件阻挡反射等。三、气焊工艺操作过程1、焊前准备:进行氧乙炔焊操作时应佩戴有深色镜片的护目镜、配戴手套、口罩、耳塞、工作服等。2、火焰性质的调节调节氧气、乙炔气体的不同混合比例,可得到中性焰、氧化焰和碳化焰三种性质不同的火焰。1)火焰性质的调节①刚点燃的火焰通常为碳化焰,然后根据所焊(割)材料的不同进行火焰调节。如要得到中性焰,就应逐渐增加氧气量,使火焰由长变短,颜色由淡红色变为蓝白色,直至焰心及外焰的轮廓特别清晰、内焰与外焰间的明显界限消失为止。②在中性焰的基础上要得到碳化焰,就必须减少氧气量或增加乙炔量。这时火焰变长,焰心轮廓变得不清晰。气焊时所用的碳化焰,其内焰长度一般为焰心长度的2倍左右。③在中性焰的基础上要得到氧化焰,就应逐渐增加氧气量。这时整个火焰将变短,当听到有急速的“嘶嘶”声时便是氧化焰。中性焰,如右图所示:标准的火焰称为中性焰,当氧气和乙炔的体积混合比为1:1时,产生中性焰。这种火焰有非常明亮透明的焰心,焰心被明亮的外层蓝色火焰包围。氧与乙炔充分燃烧,没有氧与乙炔过剩,内焰具有一定还原性。焰心呈尖锥形,色蓝白而亮,轮廓清楚,外焰呈淡桔红色。最高温度3050~3150℃,主要用于焊接低碳钢、低合金钢、高铬钢、不锈钢、工业纯铜、锡青铜、铝及其合金等。碳化焰又称为剩余焰和收缩焰,如右图所示。混合气中乙炔量略多于氧气量时,燃烧生成的火焰为碳化焰。碳化焰和中性焰的不同之处在于它由三部分组成。它的焰心和外层火焰都和中性焰相同,但在这两层火焰之间,有一层淡色的乙炔包围在透明焰心的外面。乙炔焰心的长度随着气体混合物中乙炔量的多少而变化。双倍剩余焰的氧、乙炔混合比例为1-1.4(体积比)。碳化焰用于焊接铝、镍和其他合金。乙炔过剩,火焰中有游离状态碳及过多的氢,焊接时会增加焊缝含氢量,焊低碳钢有渗碳现象。焰心呈淡蓝色,内焰已看不清了,焊接时会发出急剧的“嗖嗖”声。最高温度2700~3000℃。主要用于高碳钢、高速钢、硬质合金、铝、青铜及铸铁等的焊接或焊补。氧化焰,如右图所示。混合气中氧气略多于乙炔时,燃烧生成的火焰为氧化焰。从外观上看,氧化焰与中性焰相似,但它的乙炔焰心较短,而且其颜色比中性焰较短,而且边缘模糊。氧化焰通常会使熔化的金属氧化,所以不能用来焊接钢材。但可以用来焊接黄铜和青铜。氧过剩火焰,有氧化性,焊钢件时焊缝易产生气孔和变脆。焰心呈蓝白色,外周包着一层淡蓝色的火焰,轮廓不清楚,外焰呈桔红色,伴有黑烟。最高温度3100~3300℃。主要用于焊接黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等。2.火焰能率的调节气焊火焰能率指每小时混合气体的消耗量(L/h)。气焊中,根据焊件厚度及热物理性能等的不同,选择不同的焊炬型号及焊嘴号码,并通过调节阀门来调节氧乙炔混合气体的流量,以得到不同的火焰能率。当要减小中性焰或氧化焰的能率时,应先调节氧气阀门以减小氧气的流量,后调节乙炔阀门以减小乙炔流量。当要增加火焰能率时,应先调节乙炔阀门增加乙炔流量,后调节氧气阀门增加氧气流量。调节碳化焰能率的方法与上述顺序相反。火焰类型取决于焊接母材的材质。碳钢类材料多采用中性火焰焊接,其它材料则有使用碳化焰和氧化焰的。各类火焰适用范围:3、焊嘴的选择:焊嘴的大小与火焰的能率有关。单位时间内火焰所提供的热能的大小代表火焰的能率。大号的焊嘴,火焰能率高,适于厚板的焊接,如下表所示。给出了HO1-6型焊炬配用各种焊嘴适用范围。汽车钣金件金属板厚多在1.5mm左右,因此,2号焊嘴使用最多。4、焊丝的选择1)焊丝材料应选用与焊件相同的材料,汽车钣金件多为低碳钢板,选用一般铁丝即可。2)焊丝直径与焊件厚度、坡口型式和操作方式有关。焊丝过细,焊接时焊件尚未熔化而焊丝已熔化下滴,焊接不良;焊丝过粗,则焊件熔化而焊丝尚未熔化,势必增加焊件接头区加热时间,使金相组织改变,降低了焊接质量。同样条件下,采用左焊法和右焊法,焊丝直径也不相同。焊件厚度小于15mm时,不同焊接方法可按以下经验公式估算焊丝直径:左焊法:焊丝直径=(板厚除以2+1)mm右焊法:焊丝直径=板厚除以2mm对于薄板的焊接,焊丝直径与厚度相同即可。5、焊嘴与焊丝的倾角选择焊嘴的倾角一般应考虑焊件厚度、施焊位置和焊件材料的热物理性诸因素来确定。厚度大、材料熔点高、导热性良好时,焊嘴倾角可取大一些,反之,倾角应减小。低碳钢水平位置焊接时,焊嘴倾角与厚度关系,如下图所示。气焊时焊丝相对于焊嘴的角度一般在90度~100度之间。7、焊缝的顺序对于较长的焊缝,应事先间隔焊上若干点,以保持整个焊缝位置相对固定,然后采
本文标题:气割与气焊基础知识
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