气焊与气割知识

第七章　气焊与气割知识

一、气焊与气割基础

(一)气焊与气割的基础知识

气焊是利用气体火焰作为热源，加热并熔化焊件和填充金属的一种焊接方法，如图7－1所示。用作气焊热源的气体火焰常用氧乙炔焰。乙炔与纯氧燃烧的火焰温度可达3000～3300℃，燃烧热量大，热量比较集中，可以用来焊接。气体火焰加热并熔化焊件和填充金属，形成熔池，气体火焰还保护熔池金属，隔绝空气，随着气体火焰向前移去，熔池金属冷却凝固，形成焊缝。

图7－1　气焊设备与工具
1－乙炔瓶;2－氧气瓶;3－氧气减压器;4－乙炔减压器5－回火防止器;6－氧气胶管;7－乙炔胶管;8－焊炬

气割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出燃烧热实现切割的方法。简单地说，气割是利用金属与纯氧燃烧的原理切割金属的加工方法。

气割的过程包括预热、燃烧和排渣三个阶段。

(1)预热利用预热火焰(氧乙炔焰或氧液化石油气火焰)和金属燃烧热将要切割的金属先加热到燃烧温度(燃点)。

(2)燃烧工件预热到燃点后，打开切割氧调节阀，喷出高速切割氧流，使金属与纯氧燃烧，变成金属氧化物，同时放出燃烧热。

(3)排渣金属氧化物被燃烧热熔化，并被切割氧气流吹掉，形成窄小整齐的割缝。

可见，气割是金属的燃烧过程，气焊是金属的熔化过程。整个气割过程，要切割的金属并没有熔化。

利用氧乙炔焰作预热火焰的氧气切割称气割。利用氧液化石油气火焰作预热火焰的氧气切割，简称为氧液化石油气切割。氧液化石油气切割的切割质量好(割口表面光洁，上缘棱角完整，熔渣容易清除)，切割成本低，正在逐渐推广使用。

(二)气割材料及金属气割条件

金属的燃点要低于熔点，这样才能保证先加热到燃点，使金属燃烧，实现切割过程;金属氧化物熔点要低于金属的熔点，这样才能保证金属氧化物被燃烧热熔化了，再被气流吹掉，完成切割过程;金属在氧气中燃烧的燃烧热要大，气割过程中的预热主要靠燃烧热;金属导热(散热)不能太快，这样才能迅速地预热到燃点;阻碍气割的元素和杂质要少，比如碳不能多，因为碳燃烧生成的CO 和CO2，降低氧气纯度，从而严重影响气割速度，并大大增加氧气消耗量。

因此，低碳钢、中碳钢和低合金钢气焊与气割性能好，广泛应用气焊与气割。

二、气焊、气割设备及工具

(一)气焊、气割常用气体的性质及其使用安全要求

气焊常用的气体火焰是氧乙炔焰。气割用的预热火焰除氧乙炔焰外，还有氧液化石油气火焰。因此，气焊、气割常用气体乙炔、液化石油气和氧气。

1．乙炔

乙炔是一种无色的碳氢化合物，工业用乙炔因含有硫化氢(H2S)和磷化氢(H3P)等杂质，带有强烈的臭味，吸入过多时会引起中毒。

乙炔主要理化性质如下:

1)易溶于丙酮

在15℃、0．1MPa时，1L丙酮能溶解25L乙炔。乙炔这种易溶于丙酮的物理性质，随着乙炔压力增大，其溶解度增大。乙炔压力增到1．42MPa时，1L丙酮能溶解400L乙炔。但随着温度升高，其溶解度降低。

2)易燃性

乙炔是可燃气体，乙炔的自燃点低，易受热升温而自燃。乙炔的点火能量小，易点燃。

3)易爆性

乙炔的易爆性主要有:

(1)乙炔发生爆炸的危险性随压力和温度升高而增大。当乙炔压力超过147KPa(即0．147MPa，也可以说0．15MPa)和温度超过300℃时，遇火就会爆炸。当压力超过147kPa和温度超过580℃时，就会自行爆炸。所以我国规定乙炔工作压力禁止超过0．147MPa。美国公认乙炔安全使用不超过0．103MPa。

(2)乙炔与空气或氧气混合，其爆炸性大为增加。乙炔与空气混合气，乙炔按体积计占2．2%～81%时;乙炔与氧气混合气，乙炔按体积计占2．3%～93%时，混合气中任何部分达到自燃点或遇火星时，在常压下也会爆炸。所以，在乙炔瓶周围严禁烟火。

(3)乙炔能和氯、次氯酸盐等化合，在日光照射下或受热时，会发生燃烧和爆炸。所以，乙炔着火时，禁止使用四氯化碳灭火器来灭火。

(4)乙炔与铜、银、水银等长期接触，会生成乙炔铜和乙炔银等爆炸性化合物，当受到摩擦、剧烈振动或加热到110～120℃时，就会引起爆炸。因此，我国规定严禁纯铜、银等及其制品与乙炔接触。必须使用铜合金器具或零件时，合金含铜量应低于70%。

(5)乙炔溶解在液体里会大大降低爆炸性。

(6)乙炔与氮气、水蒸气等不与乙炔发生反应的气体混合，会降低爆炸危险性。

(7)乙炔的爆炸与储存乙炔的容器管道形状大小有关。容器管道直径越小，越不容易爆炸。乙炔储存在毛细管中，即使乙炔压力增高到2．65MPa时，也不会爆炸。因此，乙炔瓶就是利用乙炔的特性，将乙炔溶解在丙酮里，储存在多孔性填料中。

2．氧气

氧气是一种无色、无味、无毒的气体，其化学分子式为O2。氧在空气中占2l%。当温度降至－183℃时，氧气由气态变为液态。液态氧温度升高到－183℃时沸腾，气化为氧气，而氮的沸点为－196℃，氩的沸点为－186℃，故工业上常用液化空气分离法制取氧气。

氧气主要的化学性质有:

(1)氧气是助燃气体，可燃气体与氧气燃烧比在空气中燃烧更为激烈，燃烧的温度高。有的金属在空气中不能燃烧，但与压缩纯氧气流作用能够燃烧。氧气切割就是利用金属与纯氧燃烧的原理来切割金属的。

(2)压缩纯氧与油脂等可燃物(又如细微分散物炭粉、有机物纤维等)接触，能发生自燃，引起火灾和爆炸。

(3)氧气几乎能与所有的可燃气体、蒸气混合形成爆炸性混合物，其爆炸范围比可燃气与空气混合的爆炸极限宽。例如，乙炔与空气混合的爆炸极限为2．2%～81%，乙炔与氧气混合的爆炸极限为2．3%～93%。

3．气瓶

气焊、气割用的气瓶有氧气瓶、溶解乙炔瓶等，它们分别属于压缩气瓶、溶解气瓶等。

1)氧气瓶

氧气瓶主要由瓶体、瓶阀和瓶帽等组成，此外还有防振圈。氧气瓶工作压力15MPa，水压试验压力22．5MPa。氧气瓶的容积一般为40L，重量约55kg。瓶体蓝色，漆有“氧”黑色字样。

2)溶解乙炔瓶

(1)溶解乙炔瓶的构造和技术条件:乙炔瓶主要由瓶体、瓶阀、瓶帽和多孔性填料等组成，如图7－2所示。瓶体外还有防振圈。瓶体外表白色，漆有“乙炔”和“不可近火”红色字样。瓶内装满了浸满丙酮的多孔性填料。丙酮溶解了大量乙炔。多孔性填料可采用活性炭、硅藻土、浮石、硅酸钙、石棉纤维等，目前广泛采用硅酸钙。瓶阀下面的填料中心部分的长孔内放有过滤用的不锈钢丝和石棉(或毛毡)，其作用是帮助乙炔从多孔填料中分解出来。

图7－2　乙炔瓶

常用乙炔瓶的工作压力1．47MPa，设计压力3MPa，水压试验压力6MPa。气瓶容积约40L，每瓶溶解乙炔5～7kg，瓶重约60kg。

(2)溶解乙炔瓶安全使用规程:

①乙炔气瓶搬运、装卸、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气瓶，必须先直立后，静置20min再连接乙炔减压器和回火防止器后使用。

②乙炔瓶应储存在通风良好的库房里，必须竖立放置，且应有防止倾倒的措施。周围注明防火、防爆的标志，并储备灭火消防器材。乙炔瓶严禁与氧气瓶及易燃物品同室储存。

③在短距离内移动乙炔气瓶时，可将气瓶稍倾斜用手来移动。要移动到另外场所，应使用胶轮的手推车来运输。乙炔瓶可装在专用胶轮车上使用。移动作业时，应采用专用小车搬运，如需乙炔瓶和氧气瓶放在同一小车上搬运，必须用非燃材料隔板隔开。

④乙炔气瓶不得靠近热源和电气设备，防止曝晒，与明火距离不得小于10m，严禁用火烘烤。搬运时的温度要保证在40℃以下。乙炔瓶表面温度不能超过40℃。严禁用40℃以上的热水或其他热源对乙炔瓶进行加热。

⑤乙炔气瓶上的阀门、易熔塞等处用肥皂水检漏，各处均不得有漏气现象。乙炔瓶严禁在泄漏的情况下使用。

⑥使用乙炔气瓶时必须装有减压器和回火防止器。开启瓶阀时，操作者应站在阀门的侧后方，动作要轻缓，严禁开至超过一圈半，一般只开启3/4圈以内，以便在紧急情况下迅速关闭气瓶。

⑦乙炔最高工作压力禁止超过147kPa(0．15MPa)表压。

⑧乙炔气瓶使用时要注意固定，防止倾倒，禁止敲击和碰撞等。乙炔瓶不能受到剧烈振动和下墩，以免填料下沉形成大直径的空间。

⑧乙炔瓶内气体严禁用尽，必须留有不低于0．1～0．2MPa的剩余压力。

⑩禁止在乙炔瓶上放置物件、工具或缠绕悬挂橡皮管及焊、割炬等。

(3)气瓶故障的处理:如果发现燃气气瓶的瓶阀周围有泄漏，应关闭气瓶阀、拧紧密封螺母。气瓶泄漏导致的起火，可通过关闭瓶阀，采用水、湿布、灭火器等手段予以熄灭。如仍无法熄灭，该区域人员必须疏散，并用大量水流浇湿气瓶，使其保持冷却。

当不能制止气瓶阀门泄漏时，应把瓶体移至室外空旷通风的安全地带，远离所有火源，并做相应的警示。再缓缓打开气瓶阀，逐渐释放内存的气体。有缺陷的气瓶和瓶阀应标明记号，并送专业部门修理，经检验合格后，才可重新使用。

4．减压器

1)减压器的作用

减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。减压器的作用是将气瓶内的高压气体降为使用压力的气体(减压)，且能调节所需的使用压力(调压)，并保持使用压力稳定不变(稳压)。此外，减压器还有逆止作用，可防止氧气倒流进入可燃气瓶。

气焊气割用的减压器按用途分，有氧气减压器、乙炔减压器。

2)减压器的种类

(1)QD－l形氧气减压器。QD－1形氧气减压器的构造如图7－3所示。氧气减压器是用螺纹与氧气瓶连接的。

图7－3　减压器构造和工作示意图

(2)QD－20形乙炔减压器。乙炔减压器的外部构造如图7－4所示，其工作原理与QD－1形氧气减压器一样。

图7－4　带夹环的乙炔减压器

溶解乙炔瓶的瓶阀没有带螺纹的侧接头，所以乙炔减压器是用专用的夹环与乙炔瓶瓶阀连接的。压力表上均有指示该压力表最大许可工作压力的红线，以便使用时严格控制。乙炔减压器装有安全阀，在输出压力大于0．18MPa时开始泄气，输出压力达到0．24MPa时完全打开。

5．回火防止器

1)回火现象

气焊气割发生的回火是气体火焰进入喷嘴逆向燃烧的现象。在正常情况下，喷嘴里混合气流出速度与混合气燃烧速度相等，气体火焰在喷嘴口稳定燃烧。如果混合气流出速度比燃烧速度快，则火焰离开喷嘴一段距离再燃烧。如果喷嘴里混合气流出速度比燃烧速度慢，则气体火焰就进入喷嘴逆向燃烧。这是发生回火的根本原因。造成气体流出速度比燃烧速度慢的主要原因有:

(1)焊炬和焊嘴、割炬和割嘴太热，混合气在喷嘴内就已开始燃烧。

(2)焊嘴和割嘴堵塞，混合气不易流出。

(3)焊嘴和割嘴离工件太近，喷嘴外气体压力大，混合气不易流出。

(4)乙炔压力过低或输气管太细、太长、曲折、堵塞等。

(5)焊炬失修，阀门漏气或射吸性能差，气体不易流出等。

气焊气割过程中发生回火时，应立即关闭调节阀，分析发生回火的原因，采取措施，防止回火继续发生。

2)回火防止器

也叫回火保险器，是装在燃气管路上防止向气源回烧的保险装置。其作用是在气焊、气割过程发生回火时，能有效地截住回火，阻止回火火焰逆向燃烧到气源而引起爆炸。简而言之，回火防止器的作用就是阻止回火。

使用乙炔瓶常用干式回火防止器，另外一种水封式回火防止器现在已经很少应用了。

中压干式回火防止器主要有中压泄压膜式和粉末冶金片式(或多孔陶瓷管式)两种，常用的多孔陶瓷管式中压干式回火防止器的构造如图7－5所示。

图7－5中压干式回火防止器的构造

干式回火防止器能有效阻止回火，体积小，重量轻，不需要加水，不受气候条件限制，但对乙炔要求清洁和干燥。每月要检查一次并清洗残留在器内的烟灰和污迹，以保证气流畅通，工作可靠。此外，每一把焊炬或割炬，都必须与独立的、合格的干式回火防止器配用。

6．焊割工具

(1)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。焊炬有射吸式焊炬和等压式焊炬两种，常用的是射吸式焊炬。射吸式焊炬是利用压力较高的氧气从中心喷射出来，周围形式负压，吸出低压乙炔然后混合的一种焊炬。它适用于低压乙炔，也可用于中压乙炔，应用广泛。焊炬型号中，“H”表示焊炬，“0”表示手工，“1”表示射吸式，短杠后的数字表示焊接低碳钢最大厚度，单位为mm。H01－6型焊炬构造如图7－6所示。

图7－6　H01－6型射吸式焊炬
1－氧气接头;2－乙炔接头;3－乙炔调节阀; 4－混合气管;5－焊嘴;6－氧气调节阀

(2)割炬。割炬是气割时，用来安装或更换割嘴、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。割炬也有射吸式和等压式两种，应用普遍的是射吸式割炬。割炬型号中，“G”表示割炬，“O”表示手工，“1”表示射吸式，短杠后数字表示气割低碳钢最大厚度，单位为mm。G01－30型割炬的构造如图7－7所示。切割氧从割嘴中心喷出，预热火焰的混合气从周围喷出，如图7－8所示。

图7－7　射吸式割炬
1－乙炔接头;2－氧气接头;3－切割氧调节阀;4－切割氧气管; 5－割嘴;6－混合气管;7－预热氧调节阀;8－乙炔调节阀

图7－8　割嘴与焊嘴截面比较
(a)焊嘴　(b)环形割嘴　(c)梅花形割嘴

7．胶管

国产橡胶管是用优质橡胶掺入麻织物或棉织纤维制造的。胶管有氧气胶管、乙炔胶管和液化石油气胶管。

氧气胶管内径有8mm、10mm等，工作压力为2MPa，试验压力为4MPa，爆破压力不低于6．0MPa。乙炔胶管内径有8mm、10mm等，工作压力为0．3MPa，试验压力为0．6MPa，最小爆破压力为0．9MPa。GB/T2550－1992《氧气橡胶软管》规定氧气胶管为蓝色，GB/T2551－1992《乙炔橡胶软管》规定乙炔胶管为红色。

液化石油气胶管必须使用耐油橡胶管，爆破压力应大于4倍工作压力。

胶管长度一般不小于5m。若操作地点离气源较远时，可用软管接头把两根胶管连接起来。但必须用卡子或细铁丝扎牢。

8．护目镜

气焊应戴护目镜。气焊气割护目镜的作用是保护眼睛不受火焰亮光刺激，清楚地观察熔池并进行操作，还可防止飞溅伤害眼睛。护目镜的颜色和深浅，应根据焊工视力和工作性质等来选择，一般用3～7号的黄绿色镜片。

9．通针

气焊还应具备其他工具，如清理焊缝用的工具(如钢丝刷等)，连接和启闭气体通路的工具(如钢丝钳、活搬、铁丝等)，清理焊嘴的工具(如通针等)。焊工应具备粗细不同的钻头状的或三棱式等钢质通针一组，以便清除喷嘴内的堵塞物。

三、气割工艺

(一)气割前的准备

气割前，应根据工件厚度选择好氧气的工作压力和割嘴的大小，把工件割缝处的铁锈和油污清理干净，用石笔画好割线，平放好。在割缝的背面应有一定的空间，以便切割气流冲出来时不致遇到阻碍，同时还可散放氧化物。

握割枪的姿势与气焊时一样，右手握住枪柄，大拇指和食指控制调节氧气阀门，左手扶在割枪的高压管子上，同时大拇指和食指控制高压氧气阀门。右手臂紧靠右腿，在切割时随着腿部从右向左移动进行操作，这样手臂有个依靠切割起来比较稳当，特别是当切割没有熟练掌握时更应该注意到这一点。

点火动作与气焊时一样，首先把乙炔阀打开，氧气可以稍开一点。点着后将火焰调至中性焰(割嘴头部是一蓝白色圆圈)，然后把高压氧气阀打开，看原来的加热火焰是否在氧气压力下变成碳化焰为妥。同时还要观察，在打开高压氧气阀时割嘴中心喷出的风线是否笔直清晰、坚挺，然后方可切割。

(二)气割操作要点

(1)气割一般从工件的边缘开始。如果要在工件中部或内形切割时，应在中间处先钻一个直径大于5mm的孔，或开出一孔，然后从开孔处开始切割。

(2)开始气割时，先用预热火焰加热开始点(此时高压氧气阀是关闭的)，预热时间应视金属温度情况而定，一般加热到工件表面接近熔化(表面呈橘红色)。这时轻轻打开高压氧气阀门，开始气割。如果预热的地方切割不透，说明预热温度太低，应关闭高压氧继续预热，预热火焰的焰芯前端应离工件表面2～4mm，同时要注意割炬与工件间应有一定的角度，如图7－9所示。当气割5～30mm厚的工件时，割炬应垂直于工件;当厚度小于5mm时，割炬可向后倾斜5°～10°;若厚度超过30mm，在气割开始时割炬可向前倾斜5°～10°，待割透时，割炬可垂直于工件，直到气割完毕。如果预热的地方被切割掉，则继续加大高压氧气量，使切口深度加大，图7－9所示割炬与工件之间的角度直至全部切透。待工件快要割断时，切割的速度要慢，以保证充分割透。

图7－9　割炬与工件之间的角度

(3)气割速度与工件厚度有关。一般而言，工件越薄，气割的速度越快，反之则越慢。气割速度还要根据切割中出现的一些问题加以调整:当看到氧化物熔渣直往下冲或听到割缝背面发出喳喳的气流声时，便可将割枪匀速地向前移动;如果在气割过程中发现熔渣往上冲，就说明未割透，这往往是由于金属切割面不纯，金属散热和切割速度不均匀，这种现象使燃烧中断导致割不透，所以必须继续供给预热的火焰，并将切割速度稍为减慢些，待穿透正常起来后再保持原有的速度前进。如发现割枪在前面走，后面的割缝又逐渐熔结起来，则说明切割移动速度太慢或供给的预热火焰太大，必须将速度或火焰加以调整再往下割。

(三)气焊、气割的注意事项

火灾事故是焊割作业常发生的、造成生命财产巨大损失的严重危害事故。

焊割作业中的火灾事故多为熔化金属和熔渣飞溅火花引燃的。例如，某剧场进行内部改建装修时，一名未经培训和考核的民工，在三楼通风孔旁进行切割作业，切割火花沿通风管道进入二楼，引燃草帘，将剧场二、三层全部烧毁，造成几十万元的经济损失。这场大火又一次充分说明，焊割操作人员必须经过培训和考试，取得合格证方可上岗独立操作。

为防止焊割作业发生火灾事故，必须采取以下防止措施:

(1)焊工在焊接、切割中应严格遵守企业规定的防火安全管理制度。在企业规定的禁火区内，不准焊接。需要焊接时，必须把工件移到指定的动火区内或在安全区进行。如必须在禁火区内焊割作业时，必须报有关部门批准，办理动火证，采取可靠的防护措施后，方可动火作业。

(2)焊接作业的可燃、易燃物料，与焊接作业点火源距离不应小于10m。

(3)焊接、切割作业时，如附近墙体和地面上留有孔洞、缝隙以及运输皮带连通孔口等部位留有孔洞，都应采取封闭或屏蔽措施。

(4)焊接、切割工作地点有以下情况时禁止焊接与切割作业:

①堆存大量易燃物料(如漆料、棉花、硫酸、干草等)，而又不可能采取防护措施时;

②可能形成易燃易爆蒸气或积聚爆炸性粉尘时。

(5)5～6级以上大风又无防护措施时，禁止露天焊割作业。

(6)在易燃易爆环境中焊接、切割时，应按化工企业焊接、切割安全专业标准有关的规定执行。

(7)焊接、切割车间或工作地区必须配有足够的水源、干砂、灭火工具和灭火器材。应根据扑救物料的燃烧性能，选用相应的灭火器材。存放的灭火器材应经过检验是合格的、有效的。

(8)回火时的紧急处理。回火时会在焊炬出口处产生像吸痰似的呼呼声，此时不要惊慌失措，应迅速关断乙炔气制止回火，找出原因，采取措施。回火原因有多方面，例如是否气体压力太低，是否焊嘴被飞溅物玷污，出口局部堵塞，是否工作过久，高温使焊嘴过热;是否操作不当，焊嘴太靠近熔池等。

(9)当引起火灾时，首先关闭气源阀，停止供气，停止生产燃烧气体。用砂袋、石棉压在火焰上，不可用水或灭火器去灭乙炔发生器的火，因为水和电石会发生作用，产生乙炔。

(10)焊接、切割工作完毕应及时清理现场，彻底消除火种，经专人检查确认完全消除危险后，方可离开现场。