第二章气焊与气割

第二章气焊与气割2.1气体火焰一、产生火焰的气体氧——乙炔火焰氧——液化石油气火焰二、氧气特点1.物理特性氧气是空气的组分之一，无色、无臭、无味。氧气比空气重，在标准状况（0℃和大气压强101325帕）下密度为1.429克/升，能溶于水，但溶解度很小。在压强为101kPa时，氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。2.化学性质氧气的化学性质比较活泼。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧起反应，这些反应称为氧化反应，而经过反应产生的化合物（有两种元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水。化学上曾将物质与氧气发生的化学反应定义为氧化反应。3.在气割与气焊中的作用及要求本身不燃烧，起助燃作用。氧气的纯度对气焊与气割的质量、生产效率和氧气本身的消耗有直接影响。气割与气焊对氧气的要求是传度越高越好。分两大类：一级纯度氧气（含氧量不低于99.2%）二级纯度氧气（含氧量不低于98.5%）4.注意事项（1）注意区分钢瓶颜色（2）不可使氧气瓶瓶阀、氧气减压阀、焊炬、割矩氧气胶管沾染上油脂。(3)氧气瓶在使用时，应直立放置，安放稳固，防止倾倒。只有在特殊情况下才允许卧放，但瓶头一定要垫高，并防止滚动。(4)氧气瓶在开启时，操作人员应站在出气口的侧面，先拧开瓶阀吹掉出气口内的杂质，再与氧气减压阀连接。开启和关闭氧气瓶阀时不能用力过猛。（5）氧气瓶内的氧气不能全部用完，至少要保留0.1-0.3MPa，以便于充氧时便于鉴别其体性质及吹除瓶阀内的杂质，还可以防止使用中可燃气体倒流或空气进入瓶内。（6）夏季露天操作时，氧气瓶应该放在阴凉处，避免阳光直射。冬天瓶阀结冰时用40度左右热水融化结冰。二、乙炔乙炔，俗称风煤、电石气，是炔烃化合物系列体积最小的一员，主要作工业用途，特别是烧焊金属方面。乙炔在室温下是一种无色、极易燃的气体。纯乙炔是无臭的，但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质，而有一股大蒜的气味。1.物理性质自燃点305℃。在空气中爆炸极限2.3%-72.3%。在液态和固态下或在气态和一定压力下有猛烈爆炸的危险，受热、震动、电火花等因素都可以引发爆炸，因此不能在加压液化后贮存或运输。微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有机溶剂。在15℃和1.5MPa时，乙炔在丙酮中的溶解度为237g/L，溶液是稳定的。因此，工业上是在装满石棉等多孔物质的钢瓶中，使多孔物质吸收丙酮后将乙炔压入，以便贮存和运输。为了与其它气体区别，乙炔钢瓶的颜色一般为白色，橡胶气管一般为黑色，乙炔管道的螺纹一般为左旋螺纹（螺母上有径向的间断沟）。2.化学性质化学式C2H2。乙炔分子量26．4，气体比重0．91Kg/m3），火焰温度3150℃，热值12800（千卡/m3）在氧气中燃烧速度7．5，纯乙炔在空气中燃烧2100度左右，在氧气中燃烧可达3600度。化学性质很活泼，能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应。2CH≡CH+5O2→4CO2+2H2O3.生产碳化钙，即电石，无机化合物。无色晶体，工业品为灰黑色块状物，断面为紫色或灰色。遇水立即发生激烈反应，生成乙炔，并放出热量。碳化钙是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔气。也用于有机合成、氧炔焊接等。CaC2+2H2O==Ca(OH)2+C2H2↑注意事项（1）乙炔与铜或者银长期接触后，就会生成乙炔铜或者乙炔银，这些是一种爆炸性很强的化合物。它们只要剧烈震动或者加热到110-120℃就会引起爆炸。凡是与乙炔接触的器具设备禁止使用含铜超过70%的铜合金制造。乙炔和氯，次氯酸眼反应会发生燃烧和爆炸，所以乙炔燃烧时，禁止使用四氯化碳灭火。（2）乙炔瓶在放置时只能直立放置，不能横放。否则会把瓶内的丙酮流出，甚至会通过减压阀流入乙炔胶管和焊炬中，产生燃烧和爆炸。（3）乙炔瓶应该避免剧烈震动和撞击，以免填料下沉形成空洞，影响乙炔的储存量甚至造成乙炔瓶爆炸。（4）乙炔瓶表面温度不应超过30-40℃，温度过高会降低乙炔在丙酮中的溶解度，使瓶内压力急剧升高。（在一个大气压下，温度为15℃时，23L乙炔/1L丙酮；30℃时，可溶解16L乙炔；40℃时，可溶解13L乙炔）（5）工作时，乙炔的压力不能超过0.15MPa，输出流量不能超过1.5-2.5m³/h（6）乙炔减压阀与乙炔瓶连接必须可靠，严禁漏气时使用。（7）乙炔瓶内的乙炔不能全部用完，当高压表读数为零，低压表读数为0.01-0.03MPa时，应立即关闭瓶阀。三、液化石油气1.主要成分炼厂气、天然气中的轻质烃类在常温、常压下呈气体状态，在加压0.8-1.5MPa条件下，可凝成液体状态，它的主要成分是丙烷和丁烷。2.理化性质外观与性状：无色气体或黄棕色油状液体,有特殊臭味。引燃温度(℃)：426～537℃液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围时，遇明火即爆炸。但是比乙炔要安全得多。液化石油气的火焰温度比乙炔温度低，在氧气中燃烧的温度为2800-2850℃；液化石油气在氧气中的燃，烧速度低，是乙炔的三分之一，其完全燃烧所需氧气比乙炔所需氧气量大。3.使用液化石油气优缺点缺点：耗氧量大，产生温度低，预热时间长。优点：价格低廉，比乙炔安全，焊接质量容易保证，割口光洁，不渗碳，质量好。在切割多层叠板时，切割速度比使用乙炔快20％～30％。液化石油气体燃烧的火焰除越来越广泛地应用于钢材的切割外，还用于焊接有色金属。国外还有采用乙炔与液化石油气体混合，作为焊接气源。液化气割嘴是梅花型，价格也比较便宜，一般五金店都可以买到。而氧气的那种是配合乙炔用的，一般是同心圆。液化气割嘴乙炔割嘴其他气体火焰氢与氧混合燃烧形成的火焰，称为氢氧焰。氢氧焰是最早的气焊利用的气体火焰，由于其燃烧温度低(温度可达2770℃)，且容易发生爆炸事故，未被广泛应用于工业生产，目前主要用于铅的焊接及水下火焰切割等。二、气体火焰的种类与性质1.氧——乙炔焰其火焰外形、构造、火焰的化学性质和火焰的温度的分布与氧气和乙炔的混合比大小有关系。乙炔(C2H2)在氧气(O2)中的燃烧过程可以分为两个阶段，首先乙炔在加热作用下被分解为碳(C)和氢(H2)，接着碳和混合气中的氧发生反应生成一氧化碳(CO)，形成第一阶段的燃烧；随后在第二阶段的燃烧是依靠空气中的氧进行的，这时一氧化碳和氢气分别与氧发生反应分别生成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。上述的反应释放出热量，即乙炔在氧气中燃烧的过程是一个放热的过程。氧—乙炔火焰根据氧和乙炔混合比的不同，可分为中性焰、碳化焰和氧化焰三种类型（1）中性焰这是氧与乙炔体积的比值(O2／C2H2)为1．1～1．2的混合气燃烧形成的气体火焰，中性焰在第一燃烧阶段既无过剩的氧又无游离的碳。当氧与丙烷容积的比值(O2／C3H8)为3．5时，也可得到中性焰。中性焰有三个显著区别的区域，分别为焰芯、内焰和外焰。中性焰应用最广泛，一般用于焊接碳钢、紫铜和低合金钢等。中性焰的温度是沿着火焰轴线而变化的，如图2—3所示。中性焰温度最高处在距离焰芯末端2～4mm的内焰的范围内，此处温度可达3150℃，离此处越远，火焰温度越低。火焰在横断面上的温度是不同的，断面中心温度最高，越向边缘，温度就越低。由于中性焰的焰芯和外焰温度较低，而且内焰具有还原性，内焰不但温度最高还可以改善焊缝金属的性能，所以，采用中性焰焊接切割大多数的金属及其合金时，都利用内焰。(2)碳化焰碳化焰是氧与乙炔的体积的比值(O2／C2H2)小于1．1时的混合气燃烧形成的气体火焰，因为乙炔有过剩量，所以燃烧不完全。碳化焰中含有游离碳，具有较强的还原作用和一定的渗碳作用。碳化焰可分为焰芯、内焰和外焰三部分，如图。碳化焰的整个火焰比中性焰长而柔软，而且随着乙炔的供给量增多，碳化焰也就变得越长、越柔软，其挺直度就越差。当乙炔的过剩量很大时，由于缺乏使乙炔完全燃烧所需要的氧气，火焰开始冒黑烟。碳化焰的焰芯较长，呈蓝白色，由一氧化碳(CO)、氢气(H2)和碳素微粒组成。碳化焰的外焰特别长，呈橘红色，由水蒸汽、二氧化碳、氧气、氢气和碳素微粒组成。碳化焰的温度为2700～3000℃。由于在碳化焰中有过剩的乙炔，它可以分解为氢气和碳，在焊接碳钢时，火焰中游离状态的碳会渗到熔池中去，增高焊缝的含碳量，使焊缝金属的强度提高而使其塑性降低。此外，过多的氢会进入熔池，促使焊缝产生气孔和裂纹。因而碳化焰不能用于焊接低碳钢及低合金钢。但轻微的碳化焰应用较广，可用于焊接高碳钢、中合金钢、高合金钢、铸铁、铝和铝合金等材料。（3）氧化焰氧化焰是氧与乙炔的体积的比值(O2／C2H2)大子1．2时的混合气燃烧形成的气体火焰，氧化焰中有过剩的氧，在尖形焰芯外面形成了一个有氧化性的富氧区，其构造和形状如图2—2(c)所示。氧化焰由于火焰中含氧较多，氧化反应剧烈，使焰芯、内焰、外焰都缩短，内焰很短，几乎看不到。氧化焰的焰芯呈淡紫蓝色，轮廓不明显；外焰呈蓝色，火焰挺直，燃烧时发出急剧的“嘶嘶”声。氧化焰的长度取决于氧气的压力和火焰中氧气的比例，氧气的比例越大，则整个火焰就越短，噪声也就越大。氧化焰的温度可达3100～3400℃。由于氧气的供应量较多，使整个火焰具有氧化性。如果焊接一般碳钢时，采用氧化焰就会造成熔化金属的氧化和合金元素的烧损，使焊缝金属氧化物和气孔增多并增强熔池的沸腾现象，从而较大地降低焊接质量。所以，一般材料的焊接，绝不能采用氧化焰。但在焊接黄铜和锡青铜时，利用轻微的氧化焰的氧化性，生成的氧化物薄膜覆盖在熔池表面，可以阻止锌、锡的蒸发。由于氧化焰的温度很高，在火焰加热时为了提高效率，常使用氧化焰。气割时，通常使用氧化焰。2.氧—液化石油气火焰（1）相同点：分为氧化焰、中性焰和碳化焰不同点：内焰颜色不明亮，颜色发蓝，外焰清晰并较长；点燃困难，温度低。（2）应用：用于气割，并部分取代氧-乙炔焰2-2气焊1.了解气焊的基本概念和原理2.熟悉气焊的主要设备3.掌握气焊的基本操作4.熟悉气焊安全操作技术气焊至今已有百余年的历史。最初的气焊是使用氢(H2)氧(O2)混合的气体，由于氢、氧燃烧火焰的温度低（2000℃)，所以当时的应用有一定的局限。到1895年，发明了电炉制造电石技术，发现乙炔(C2H2)和氧气燃烧。温度可达3200℃。几经改进，于1903年氧—乙炔火焰气焊才用于金属的焊接。从此，气焊在工业生产中逐步被推广应用。一、气焊原理和应用1.定义：气焊是指利用可燃气体和助燃气体通过焊炬按一定的比例混合，获得所要求的火焰性质的火焰作为热源，熔化被焊金属和填充金属，使其形成牢固的焊接接头。2.原理：将焊件的焊接金属加热到熔化状态形成熔池不断熔化焊丝向熔池中填充气体火焰覆盖在熔化金属表面起保护作用熔化金属冷却形成焊缝气焊示意图乙炔+氧气焊嘴焊丝焊件熔池焊缝3.气焊特点和应用1)火焰对熔池的压力及对焊件的热输入量调节方便，故熔池温度、焊缝形状和尺寸、焊缝背面成形等容易控制。2)设备简单，移动方便，操作易掌握，但设备占用生产面积较大。3)焊距尺寸小，使用灵活，由于气焊热源温度较低，加热缓慢，生产率低，热量分散，热影响区大，焊件有较大的变形，接头质量不高。4)气焊适于各种位置的焊接。适于焊接在3mm以下的低碳钢、高碳钢薄板、铸铁焊补以及铜、铝等有色金属的焊接。在船上无电或电力不足的情况下，气焊则能发挥更大的作用，常用气焊火焰对工件、刀具进行淬火处理，对紫铜皮进行回火处理，并矫直金属材料和净化工件表面等。此外，由微型氧气瓶和微型熔解乙炔气瓶组成的手提式或肩背式气焊气割装置，在旷野、山顶、高空作业中应用是十分简便的。二、气焊焊接材料1.焊丝在气焊过程中，气焊丝的正确选用十分重要，因为焊缝金属的化学成分和质量在很大程度上取决于焊丝的化学成分。一般说来，焊接黑色金属和有色金属所用焊丝的化学成分基本上与被焊金属化学成分相同，有时为了使焊缝有较好的质量，在焊丝中也加入其他合金元素，一般对气焊丝的要求有：（1）焊丝的化学成分应基