第一节气体火焰

第一节　气体火焰

气焊的火焰是用来对焊件和填充金属进行加热、熔化和焊接的热源，气割的火焰是预热的热源，火焰的气流又是熔化金属的保护介质。焊接火焰直接影响到焊接质量和焊接生产率，气焊气割时要求焊接火焰应有足够的温度，体积要小，焰芯要直，热量要集中。还应要求焊接火焰具有保护性，以防止空气中的氧、氮对熔化金属的氧化及污染。

一、气焊气割的火焰分类

气焊气割的气体火焰包括氧—乙炔焰、氢氧焰及液化石油气体［丙烷（C₃H8）含量占50%～80%，此外还有丁烷（C₄H10）、丁烯（C₄H₈）等］燃烧的火焰。乙炔与氧混合燃烧形成的火焰，称为氧—乙炔焰。氧—乙炔焰具有很高的温度（约3 200℃），加热集中，因此，是气焊气割中主要采用的火焰。

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2 770℃），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。

液化石油气燃烧的温度比氧—乙炔火焰要低（丙烷在氧气中燃烧温度为2 000～2 850℃），液化石油气体燃烧的火焰主要用于金属切割。用于气割时，金属预热时间稍长，但可以减少切口边缘的过烧现象，切割质量较好。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。国外还有将乙炔与液化石油气体混合，作为焊接气源。

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CO和H2分别与O₂发生反应分别生成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。

二、氧—乙炔焰

根据氧与乙炔混合比的不同，氧—乙炔焰可分为中性焰、碳化焰和氧化焰三种，其构造和形状如图5－1所示。

图5－1　氧—乙炔焰

1.中性焰

氧气和乙炔的混合比为1.1～1.2时燃烧所形成的火焰称为中性焰。它由焰芯、内焰和外焰三部分组成。焰芯靠近喷嘴孔呈尖锥形，色白而明亮，轮廓清楚，在焰芯的外表面分布着乙炔分解所生成的碳素微粒层，焰芯的光亮就是由炽热的碳微粒所发出的，温度并不很高，约为950℃。内焰呈蓝白色，轮廓不清，并带深蓝色线条而微微闪动，它与外焰无明显界限。外焰由里向外逐渐由淡紫色变为橙黄色。中性焰最高温度在焰芯前2～4mm处，为3 050～3 150℃。用中性焰焊接时，主要利用内焰这部分火焰加热焊件。中性焰燃烧完全，对红热或熔化了的金属没有碳化和氧化作用，所以称之为中性焰。气焊一般都可以采用中性焰，它广泛用于低碳钢、低合金钢、中碳钢、不锈钢、紫铜、灰铸铁、锡青铜、铝及合金、铅锡、镁合金等的气焊。

2.碳化焰

氧气和乙炔的混合比小于1.1时燃烧形成的火焰称为碳化焰。碳化焰的整个火焰比中性焰长而软，它也由焰芯、内焰和外焰组成，而且这三部分均很明显。焰芯呈灰白色，并发生乙炔的氧化和分解反应；内焰有多余的碳，故呈淡白色；外焰呈橙黄色，除燃烧产物CO₂和水蒸气外，还有未燃烧的C和H2。

碳化焰的最高温度为3 000℃，由于火焰中存在过剩的C和H₂，碳微粒会渗入熔池金属，使焊缝的含碳量增高，故称碳化焰，不能用于焊接低碳钢和合金钢，同时碳具有较强的还原作用，故又称还原焰。游离的氢也会透入焊缝，产生气孔和裂纹，造成硬而脆的焊接接头。因此，碳化焰只使用于高速钢、高碳钢、铸铁焊补、硬质合金堆焊、铬钢等。

3.氧化焰

氧化焰是氧与乙炔的混合比大于1.2时的火焰。氧化焰的整个火焰和焰芯的长度都明显缩短，内焰和外焰层次不清。氧化焰中有过剩的氧，整个火焰具有氧化作用，故称氧化焰。氧化焰的最高温度可达3 100～3 300℃。使用这种火焰焊接各种钢铁时，金属很容易被氧化而造成脆弱的焊接接头；在焊接高速钢或铬、镍、钨等优质合金钢时，会出现互不融合的现象；在焊接有色金属及其合金时，产生的氧化膜会更厚，甚至焊缝金属内有夹渣，形成不良的焊接接头。因此，氧化焰一般很少采用，仅适用于气割工件和气焊黄铜、锰黄铜及镀锌铁皮，特别适合于黄铜类，因为黄铜中的锌在高温时极易蒸发，采用氧化焰时，熔池表面会形成氧化锌和氧化铜的薄膜，起到抑制锌蒸发的作用。

不论采用何种火焰气焊时，喷射出来的火焰（焰芯）形状应该整齐垂直，不允许有歪斜、分岔或发生“吱吱”的声音。只有这样才能使焊缝两边的金属均匀加热，并正确形成熔池，从而保证焊缝质量。否则不管焊接操作技术多好，焊接质量也要受到影响。所以，当发现火焰不正常时，要及时使用专用的通针把焊嘴口处附着的杂质消除掉，待火焰形状正常后再进行焊接。

4.各种火焰的适用范围

以上叙述的中性焰、碳化焰、氧化焰，因其性质不同，适用于焊接不同的材料。O₂与C₂H2不同体积比值对焊接质量关系很大。各种金属材料气焊时火焰种类的选择详见表5－1。

表5－1　不同材料焊接时应采用的火焰种类