第四章气焊与气割一、教学目的和要求1.掌握氧、乙炔的性质和氧乙炔焰的分类、特点及应用，了解液化石油气的性质以及焊丝、焊剂的牌号及适用范围。
2.理解单级反作用式减压器、射吸式焊割炬的结构、型号和工作原理。
3.掌握气割原理及条件，理解气割与气焊工艺参数的选择以及对气割气焊质量的影响。
4.掌握产生回火的根本原因及操作中造成回火的具体因素。
5.了解常用机械气割机的型号和先进气割技术。
二、教学难点、重点1.气割原理、条件及气割与气焊工艺参数的选择。
2.单级反作用式减压器、射吸式焊割炬的结构、型号和工作原理。
3.氧乙炔焰的分类和特点。
三、学时分配四、教材分析与参考§2-1 气体火焰气焊与气割是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧产生的气体火焰作为热源，进行金属材料的焊接或切割的一种加工工艺方法。
可燃气体有乙炔、液化石油气等，助燃气体是氧气。
1．氧气在常温和标准大气压下，氧气是一种无色、无味、无毒的气体，氧气的分子式为O2，氧气的密度是1.429kg/m3，比空气略重（空气为1.293 kg/m3）。
氧气本身不能燃烧，但能帮助其它可燃物质燃烧。
氧气的化学性质极为活泼，它几乎能与自然界一切元素（除惰性气体外）相化合，这种化合作用被为氧化反应，剧烈的氧化反应称为燃烧。
氧气的化合能力是随着压力的加大和温度的升高而增加。
因此当工业中常用的高压氧气，如果与油脂等易燃物质相接触时，就会发生剧烈的氧化反应而使易燃物自行燃烧，甚至发生爆炸。
因此在使用氧气时，切不可使氧气瓶瓶阀、氧气减压器、焊炬、割炬、氧气皮管等沾染上油脂。
气焊与气割用的工业用氧气按纯度一般分为两级，一级纯度氧气含量不低于99.2%，二级纯度氧气含量不低于98.5%。
一般情况下，由氧气厂和氧气站供应的氧气可以满足气焊与气割的要求。
对于质量要求较高的气焊应采用一级纯度的氧。
气割时，氧气纯度不应低于98.5%。
2．乙炔在常温和标准大气压下，乙炔是一种无色而带有特殊臭味的碳氢化合物，其分子式为C2H2。
乙炔的密度是1.179kg/m3，比空气轻。
乙炔是可燃性气体，它与空气混合时所产生的火焰温度为2350°C，而与氧气混合燃烧时所产生的火焰温度为3000°C～3300°C，因此足以迅速熔化金属进行焊接和切割。
乙炔是一种具有爆炸性的危险气体，当压力在0.15MPa时，如果气体温度达到580 ～600°C，乙炔就会自行爆炸。
压力越高，乙炔自行爆炸所需的温度就越低；温度越高，则乙炔自行爆炸的压力就越低。
乙炔与空气或氧气混合而成的气体也具有爆炸性，乙炔的含量（按体积计算）在2.2～81%范围内与空气形成的混合气体，以及乙炔的含量（按体积计算）在2.8～93%范围内与氧气形成的混合气体，只要遇到火星就会立刻爆炸。
乙炔与铜或银长期接触后会生成一种爆炸性的化合物，即乙炔铜（Cu2C2）和乙炔银（Ag2C2），当它们受到剧烈震动或者加热到110°C ～120°C就会引起爆炸。
所以凡是与乙炔接触的器具设备禁止用银或纯铜制造，只准用含铜量不超过70%的铜合金制造。
乙炔和氯、次氯酸盐等化合会发生燃烧和爆炸，所以乙炔燃烧时，绝对禁止用四氯化碳来灭火。
乙炔爆炸时会产生高热，特别是产生高压气浪，其破坏力很强，困此使用乙炔时必须要注意安全。
乙炔能大量溶解于丙酮溶液中，利用这个特性，可将乙炔装入盛有丙酮和多孔性物质的乙炔瓶内储存、运输和使用。
3．液化石油气液化石油气是油田开发或炼油厂裂化石油的副产品，其主要成分是丙烷（C3H8），大约占50～80%，其余是丁烷（C4H10）、丙烯（C3H6）等碳氢化合物。
在常温和标准大气压下，液化石油气是一种略带臭味的无色气体，液化石油气的密度为1.8 ～2.5kg/m3，比空气重。
如果加上0.8～1.5MPa的压力，就变成液态，便于装入瓶中储存和运输，液化石油气由此而得名。
液化石油气与乙炔一样，也能与空气或氧气构成具有爆炸性的混合气体，但具有爆炸危险的混合比值范围比乙炔小得多。
它在空气中爆炸范围为3.5～16.3%（体积），同时由于燃点比乙炔高（500°C左右，乙炔为305°C），因此，使用时比乙炔安全得多。
目前，国内外已把液化石油气作为一种新的可燃气体来逐渐代替乙炔，广泛地应用于钢材的气割和低熔点的有色金属焊接中，如黄铜焊接、铝及铝合金焊接和铅的焊接等。
4．其他可燃气体随着工业的发展，人们在探索各种各样的乙炔代用气体，目前作为乙炔代用气体中液化石油气（主要是丙烷）用量最大。
此外还有丙烯、天然气、焦炉煤气、氢气以及丙炔、丙烷与丙烯的混合气体，乙炔与丙烯的混合气体，乙炔与丙烷的混合气体，乙炔与乙烯的混合气体等。
还有以丙烷、丙烯、液化石油气为原料，再辅以一定比例的添加剂的气体。
另外汽油经雾化后也可作为可燃气体。
根据使用效果、成本、气源情况等综合分析，液化石油气（主要是丙烷）是比较理想的代用气体。
5．氧乙炔焰根据氧与乙炔混合比不同，可得到性质不同的中性焰、碳化焰和氧化焰。
（1）中性焰中性焰是氧与乙炔混合比为1.1：1.2时燃烧所形成的火焰。
中性焰燃烧后的气体中既无过剩氧，也无过剩的乙炔。
在焰心的外表面分布着乙炔分解所生成的碳微粒层，因受高温而使焰心形成光亮而明显的轮廓；在内焰处，乙炔和氧气燃烧生成的一氧化碳及氢气形成还原气氛，在与熔化金属相互作用时，能使氧化物还原。
中性焰的最高温度在距焰心2～4mm 处，约为3050 ～3150°C。
用中性焰焊接时主要利用内焰这部分火焰加热焊件。
（2）碳化焰碳化焰是氧与乙炔的混合比小于1.1时燃烧所形成的的火焰。
火焰中含有游离碳，具有较强的还原作用，也有一定的渗碳作用。
碳化焰整个火焰比中性焰长，碳化焰中有过剩的乙炔，并分解成游离状态的碳和氢，碳渗到熔池中使焊缝的含碳量增加，塑性下降；氢进入熔池使焊缝产生气孔和裂纹。
碳化焰的最高温度为2700～3000°C。
（3）氧化焰氧化焰是氧与乙快的混合比大于 1.2 时燃烧所形成的火焰。
氧化焰中有过剩的氧，具有氧化性，火焰的氧化反应剧烈，火焰较短，内焰和外焰层次不清。
氧化焰最高温度为3100～3300 ℃。
6．氧液化石油气火焰氧液化石油气火焰的构造，同氧乙快火焰基本一样，也分为氧化焰、碳化焰和中性焰三§2-2 气焊1．气焊及特点气焊是利用气体火焰作热源的一种熔焊方法。
它借助可燃气体与助燃气体混合燃烧产生的气体火焰，将接头部位的母材和焊丝熔化，使被熔化的金属形成熔池，冷却凝固后形成牢固接头，从而使两焊件连接成一个整体。
常用氧气和乙炔混合燃烧的火焰进行焊接，故又称为氧乙炔焊。
气焊的优点：（1）设备简单，操作方便，成本低，适应性强，在无电力供应的地方可方便焊接。
（2）可以焊接薄板、小直径薄壁管。
（3）焊接铸铁、有色金属、低熔点金属及硬质合金时质量较好。
气焊的缺点（1）火焰温度低，加热分散，热影响区宽，焊件变形大和过热严重，接头质量不如焊条电孤焊容易保证。
（2）生产率低，不易焊较厚的金属。
（3）难以实现自动化。
2．气焊焊接材料（1）焊丝气焊用的焊丝在气焊中起填充金属作用，与熔化的母材一起形成焊缝。
因此焊缝金属的质量在很大程度上取决于焊丝的化学成分和质量。
对气焊丝的一般要求是：1）焊丝的熔点等于或略低于被焊金属的熔点。
2）焊丝所焊焊缝应具有良好的力学性能，焊缝内部质量好，无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。
3）焊丝的化学成分应基本上与焊件相符，无有害杂质，以保证焊缝有足够的力学性能。
4）焊丝熔化时应平稳，不应有强烈的飞溅或蒸发。
5）焊丝表面应洁净、无油脂、油漆和锈蚀等污物。
常用的气焊丝有碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及铝合金焊丝和铸铁气焊丝等。
（2）气焊熔剂气焊熔剂是气焊时的助熔剂。
气焊熔剂熔化反应后，能与熔池内的金属氧化物或非金属夹杂物相互作用生成熔渣，覆盖在熔池表面，使熔池与空气隔离，因而能有效防止熔池金属的继续氧化，改善焊缝的质量。
对气焊熔剂的要求是：1）气焊熔剂应具有很强的反应能力，能迅速溶解某些氧化物或与某些高熔点化合物作用后生成新的低熔点和易挥发的化合物。
2）气焊熔剂熔化后粘度要小，流动性要好，产生的熔渣熔点要低，密度要小，熔化后容易浮于熔池表面。
3）气焊熔剂能减少熔化金属的表面张力，使熔化的填充金属与焊件更容易熔合。
4）气焊熔剂不应对焊件有腐蚀等副作用，生成的熔渣要容易清除。
气焊熔剂可以在焊前直接撒在焊件坡口上或者蘸在气焊丝上加入熔池。
焊接有色金属（如铜及铜合金、铝及铝合金）、铸铁、耐热钢及不锈钢等材料时，通常必须采用气焊熔剂。
3．气焊设备及工具气焊设备及工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶、减压器、焊炬及输气胶管等。
（1）氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶是分别贮存和运输氧气、乙炔、液化石油气的压力容器。
氧气瓶外表涂天蓝色，瓶体上用黑漆标注“氧气”字样；乙炔瓶外表涂白色，并用红漆标注“乙炔”字样。
气瓶外表面涂银灰色漆并用红漆标注“液化石油气”字样。
（2）减压器由于氧气瓶内的氧气压力最高达15 MPa，乙炔瓶内的乙炔压力最高达1.5 MPa减压器，而气焊工作时氧气的压力一般为0.1～ 0.4 MPa，乙炔的压力最高不超过0.15 Mpa，所以必须要有一种调节装置将气瓶内的高压气体降为工作时的低压气体，并保持工作时压力稳定，这种调节装置叫减压器，又称压力调节器。
减压器按用途不同可分为氧气减压器、乙炔减压器、液化石油气减压器等；按构造不同可分为单级式和双级式两类；按工作原理不同可分为正作用式和反作用式两类。
目前常用的是单级反作用式减压器。
（3）焊炬焊炬是气焊时用于控制气体混合比、流量及火焰并进行焊接的工具。
焊炬按可燃气体与氧气混合的方式不同，可分为射吸式焊炬（也称低压焊炬）和等压式焊炬两类，现在常用的是射吸式焊炬，等压式焊炬可燃气体的压力和氧气的压力相等，不能用于低压乙炔，所以目前尚未广泛使用。
两类焊炬的特点及原理结构如表2－1所示。
对于新使用的射吸式焊炬，必须检查其射吸情况。
即接上氧气胶管，拧开氧气阀和乙炔阀，将手指轻轻按在乙炔进气管接头上，若感到有一股吸力，则表明射吸能力正常，若没有吸力，甚至氧气从乙炔接头上倒流，，则表明射吸能力不正常，则禁止使用。
表2－1 焊炬的特点及原理结构（4）输气胶管氧气瓶和乙炔瓶中的气体，须用橡皮管输送到焊炬或割炬中。
根据GB9448-1999《焊接与切割安全》标准规定，氧气管为黑色，乙炔管为红色。
通常氧气管内径为8mm，乙炔管内径为10mm，氧气管与乙炔管强度不同 , 氧气管允许工作压力为 1.5MPa，乙块管为0.3MPa 。
连接于焊炬胶管长度不能短于 5m, 但太长了会增加气体流动的阻力,一般在 10～15m为宜。
