021气焊与气割原理 12-1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． 气焊与气割的基本原理和适用范围1． 气焊：气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰去熔化焊接接头处的金属和焊丝，使之熔化并重新结晶从而达到牢固连接的焊接方法这是利用化学能转变成热能的一种熔化焊方法它具有设备简单，操作方便，不需要电力等优点同时也具有焊接效率低，焊缝质量差，等缺点但是，虽然气焊早已不是主要的焊接方法，但是它的操作技术却是现代焊接方法钨极氩弧焊所不可缺少的基础训练掌握气焊操作技术，就很容易掌握钨极氩弧焊操作方法l 可燃气体：乙炔(C2H2)，液化石油气：包括丙烷(C3H8)，丁烷(C4H10)，丙稀(C3H6)，另外，氢气(H2)也曾经作为可燃气体使用过，称为原子氢焊，现在早已淘汰l 助燃气体：氧气(O2)l 气焊工具：气焊枪，氧气瓶，乙炔瓶，氧气减压器，乙炔减压器，氧气输送管(蓝色)，乙炔输送管(红色)，回火防止器l 气焊器材：焊丝，焊剂在焊接低碳钢的时候不需要焊剂，只有在焊接有色金属，铸铁或者不锈钢时才使用焊剂焊剂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，保护熔池金属不被氧化，提高熔池金属的流动性，改善焊缝成型。
2． 气割：气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件预热到一定温度，喷出高速切割氧气流，使得金属剧烈氧化并放出热量，切割氧气流把熔化状态的氧化物吹除，从而实现切割的方法简单的说，气割过程就是：预热－燃烧－吹除的过程，并非是金属的熔化过程a． 适合气割的金属所必须具备的性质：l 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，而是利用金属氧化产生的热量不断地使金属持续氧化，生成大量没有强度的金属氧化物，然后用切割氧气流把这些没有强度的金属氧化物吹除l 金属能同氧发生剧烈的氧化反应，并放出足够的热量；气割时，割缝处的温度完全是依靠金属氧化放出的热量来保持的l 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，使切割不能开始或被中断l 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l 生成的氧化物应该易于流动，否则切割时生成的氧化物熔渣本身不被氧气流吹走，而妨碍切割进行满足上述性质的金属只有碳钢和低合金钢l 首先，铁在970℃以上就会被氧化，是纯粹的氧化反应，没有电流产生，不是电化学反应而铁的熔点是1583℃；满足第一个条件；l 其次，铁的氧化过程是放热反应，放出的热量很多，满足第二个条件；比如：2Fe+O2=2FeO+533(kJ)/mol氧化亚铁又称一氧化铁，黑色粉末，熔点为1369±1℃，相对密度为5.7，溶于酸，不溶于水和碱溶液。
极不稳定，易被氧化成三氧化二铁；在空气中加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，俗称铁红，熔点为1565℃，相对密度为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，呈黄褐色粉末状物质三氧化二铁不溶于水，也不与水起作用3Fe+2O2=Fe3O4+1120KJ/mol四氧化三铁为黑色晶体，熔点为1594±5℃，相对密度为5.18，具有很好的磁性，故又称为“磁性氧化铁”它是天然产磁铁矿的主要成分，潮湿状态下在空气中容易氧化成三氧化二铁不溶于水，溶于酸l 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，按照逐级转化的方式，先氧化成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) l 铁的导热性与其他有色金属相比是很差的，但是强于不锈钢和钛合金，保持热量的能力满足气割需要；满足第三个条件；l 虽然铁的氧化物当中只有氧化亚铁的熔点低于铁的熔点，三氧化二铁，四氧化三铁的熔点都高于铁的熔点。
但相差不多对于低碳钢，表面被预热氧加热时产生的氧化物主要是氧化亚铁，然后被加热氧化成四氧化三铁满足第四个条件不过，对于铸铁，其熔点大约在1143℃左右，大大低于任何一种氧化铁的熔化温度，所以铸铁不能用气割切割l 铁的氧化物流动性很好，基本上没有强度，很容易被气流吹除满足第五个条件3．气焊与气割的优缺点：a．气焊的优缺点：设备简单，使用灵活；可以焊接铸铁，铝合金；不需要电力； 效率低，焊接质量差，焊接件变形大，难以实现机械化操作；b． 气割的优缺点：设备简单，使用灵活，不需要电力； 一般只能切割碳钢，切口处渗碳形成硬化层，工件容易变形；二． 气焊与气割的安全特点：a． 防止氧气瓶，乙炔瓶受热，爆晒，碰撞引起爆炸；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． 气焊气割火焰：a． 氧－乙炔火焰温度大约3150℃，是气焊气割主要采用的火焰b． 氧－丙烷火焰温度大约2520℃，在气割领域已经完全取代氧乙炔焰c． 氧－氢气火焰温度大约2770℃，氢氧焰历史最为悠久，但是温度低，不安全，主要用于水下切割。
l 氧乙炔焰和氧丙烷的燃烧过程：a．第一阶段：乙炔(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+H2＋19083KJ/m3 丙烷：2C3H8+3O2=6CO+8H2 ＋10041KJ/m3一次燃烧的产物为CO和H2，燃烧产生的热量为一次火焰热值一次燃烧形成焊，割炬的内焰，它是火焰中最明亮的区域，也是温度最高的区域b．第二阶段：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＋94416KJ/m3 乙炔：4CO+2H2+3O2=2H2O＋4CO2＋36162KJ/m3 二次燃烧的产物是H2O和CO2二次燃烧形成焊，割炬的外焰，产生的热量构成二次火焰热值1．火焰的分类：a．中性焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H2＝1.1－1.2的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：第一阶段燃烧时既无过剩氧又无游离碳火焰可以区分成焰芯，内焰，外焰；l 焰芯：(800－1200℃)；呈锥形，色白，明亮轮廓清楚。
焰芯由乙炔和氧气组成，外表分布着乙炔分解形成的炽热白亮的碳粒焰芯进行第一阶段燃烧，由于乙炔分解吸收热量，焰芯白亮但温度低l 内焰：(3100－3150℃)；从焰芯白亮的碳粒向外2－4mm，呈蓝白色，有深蓝色线条与外焰没有明显界面由一氧化碳CO和氢气H2组成，由于一氧化碳和氢气都具有还原作用，而且这个区域温度最高，所以焊接就在内焰中进行工件应距离焰芯2－4mm长度位置，恰好位于内焰温度最高处Fe3O4+4CO======3Fe+4CO2Fe2O3＋3CO======2Fe＋3CO2FeO+CO======Fe+CO2FeO＋2H======Fe＋2OHFe2O3+3H2======2Fe + 3H2O 注意，上述反应都是可逆的，要想反应完全必须在800℃以上，气焊火焰的内焰显然可以满足这个条件另外，氢气还原氧化铁形成的铁是化学纯，纯度比较高下图是我们在初中化学课程做过的一个实验，酒精灯把三氧化二铁粉末加热之后，玻璃管中吹入一氧化碳气体，反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙水溶液也就是熟石灰水发生反应生成碳酸钙，碳酸钙几乎不溶解于水，所以溶液变得浑浊，同时二氧化碳气体使得气球鼓胀 外焰：(1200－2500℃)。
处在内焰的外部，从里向外由淡紫色变为橙黄色在外焰进行第二阶段的燃烧，来自内焰的一氧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碳和水在高温下都会分解，分解出来的氧容易导致金属氧化，所以，外焰具有氧化性l 中性焰的调节方法： 由大至小：中性焰（大）→减少氧气→出现羽状焰→减少乙炔→调为中性焰（小） 由小至大：中性焰（小）→加乙炔→羽状焰变大→加氧气→调为中性焰（大）b．碳化焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H2＜1.1的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：氧气供应量不足，第一阶段燃烧不完全，存在大量游离碳；火焰可以分成焰芯，外焰，内焰，但火焰挺度差，柔软；乙炔越是过剩，火焰越柔软，白色；甚至冒黑烟；成为一盏电石灯；l 焰芯：很长，呈蓝白色；由一氧化碳，氢气和碳粒组成l 内焰：很长，呈淡白色；由于氧气较少，燃烧不完全，整个火焰比中性焰长，且温度也较低，最高温度约为2700-3000℃由于碳化焰中的乙炔过剩，所以内焰中有多余的游离碳，具有较强的还原作用，也有一定的渗碳作用轻微碳化焰适用于气焊高碳钢，铸铁，硬质合金等材料l 外焰：特别长，呈桔红色；由水蒸气，氢气，氧气，二氧化碳和游离碳组成；l 碳化焰的调节方法：点火后，可将乙炔调节阀开得稍大一点，然后控制氧气调节阀的开启程度。
随着氧气供应量的增加，内焰的外形逐渐减小，火焰的挺直度也随之增强，直至焰芯呈蓝白色，内焰呈谈白色，外焰呈橙黄色为止c．氧化焰：l 定义：氧气与乙炔气体的体积比值O2/C2H2＞1.2的混合气燃烧形成的气体火焰；l 特点：氧气供应过剩，在锥形焰芯外面形成一个具有氧化性的富氧区伴随着咝咝气流声氧化焰比较短，氧气越是过剩，火焰就越短焰芯：蓝紫色，轮廓不明显内焰：很短，几乎看不到；温度高达3100－3400℃；外焰：蓝色，火焰挺度好；各种氧－乙炔火焰2．各种火焰的适用范围：焊接材料火焰种类焊接材料火焰种类低碳钢，中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，轻微碳化焰铝，铝合金中性焰，轻微碳化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，轻微碳化焰镀锌铁板氧化焰硬质合金碳化焰不锈钢中性焰，轻微碳化焰铅，锡中性焰，轻微碳化焰二． 气焊的主要工艺参数：l 气焊的主要工艺参数包括：焊丝牌号和直径，溶剂，火焰种类，火焰能率，焊矩型号和焊嘴号码，焊嘴倾角，焊接速度1． 焊丝牌号和直径的选择：气焊用焊丝与手工钨极氩弧焊用焊丝在成分和牌号方面没有区别由于焊丝牌号非常多，这里仅仅举出几个例子供各位参考。
碳素钢焊丝牌号化 学 成 分CMnSiCrNiSPH08≤0.10.3～0.55≤0.03≤0.2≤0.04≤0.04H08A≤0.10.3～0.55≤0.03≤0.2≤0.03≤0.03H08E≤0.10.3～0.55≤0.03≤0.2≤0.025≤0.025H08Mn≤0.10.8～1.10≤0.07≤0.2≤0.04≤0.04H08MnA≤0.10.8～1.10≤0.07≤0.2≤0.03≤0.03H15Mn。