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1焊接工艺--气焊与气割


焊接工艺
主讲老师:吴新华

第一章气焊与气割 (一)气焊气割的气体和设备

? 气焊的气体和设备 ? 气焊是利用气体燃烧所产生的高温火 焰来进行焊接的,如图1所示。火焰一 方面把工件接头的表层金属熔化,同 时把金属焊丝熔入接头的空隙中,形 成金属熔池。当焊炬向前移动,熔池 金属随即凝固成为焊缝,使工件的两 部分牢固地连接成为一

体。

气焊示意图

图1气焊

1-焊丝;2-焊嘴;3-工件

气焊的优点
? 气焊的温度比较低,热量分散, 加热速度慢,生产率低,焊件变形 较严重。但火焰易控制,操作简单, 灵活,气焊设备不用电源,并便于 某些工件的焊前预热。所以,气焊 仍得到较广泛的应用。一般用于厚 度在3mm以下的低碳钢薄板,管件 的焊接,铜、铝等有色金属的焊接 及铸铁件的焊接等。

.气焊火焰 调节氧气、乙炔气体的不同混合比例可得到中性焰、氧化焰 和碳化焰三种性质不同的火焰。如图2所示。 图2 气焊火焰

氧乙炔焰按氧气与乙炔混合比值的不同,可分为中性焰、碳化焰(也叫还 原焰)和氧化焰三种,其构造和形状见图

? (1)中性焰。中性焰燃烧后无过剩的氧和乙炔,它由焰心、内焰和外 焰三部分组成,见图。火焰呈中性。 ? 焰心由未经燃烧的氧气和乙炔组成,外表分布有一层碳素微粒层, 炽热的碳粒发出明亮的白光形成尖亮而明显的轮廓,离焰心尖端2—4 毫米处化学反应最激烈,因此温度最高,为3100—3200℃。 ? 内焰由乙炔的不完全燃烧产物(一氧化碳和氢气)组成,具有还原性, 呈杏核形的深蓝色线条。 ? 外焰是一氧化碳和氢气与大气中的氧完全燃烧后产生的二氧化碳 和水蒸气。 ? 主要用于焊接低碳钢、低合金钢、高铬钢、不锈钢、紫铜、锡青铜、 铝及其合金等。

? (2)碳化焰。碳化焰燃烧后的气体中尚有部 分乙炔未燃烧,焰心的轮廓不清,外焰特 别长,当乙炔过剩量很大时会冒黑烟。火 焰由焰心、内焰和外焰三部分组成,见图。 碳化焰最高温度为2700-3000℃,火焰具有 还原性。乙炔过剩,火焰中有游离状态碳 及过多的氢,焊接时会增加焊缝含氢量, 焊低碳钢有渗碳现象。 ? 主要用于高碳钢、高速钢、硬质合金、铝、 青铜及铸铁等的焊接或焊补。

? 氧化焰 氧化焰在氧乙炔气体燃烧后有过
剩的氧气,由于氧气过剩氧化燃烧进行得 很激烈,造成焰心、内焰、外焰成为一体。 ? 氧过剩火焰,有氧化性,焊钢件时焊缝易 产生气孔和变脆。最高温度3100~3300℃。 主要用于焊接黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等。

气焊的设备
? ? (1)氧气瓶

氧气瓶是运送和贮存高压氧气的容器,其容积 为40L,工作压力为15Mpa。按照规定,氧气瓶外 表漆成天蓝色,并用黑漆标明“氧气”字样。保 管和使用时应防止沾染油污;放置时必须平稳可 靠,不应与其他气瓶混在一起;不许曝晒、火烤 及敲打,以防爆炸。使用氧气时,不得将瓶内氧 气全部用完,最少应留100~200kpa,以便在再装 氧气时吹除灰尘和避免混进其他气体

氧气瓶

乙炔瓶
乙炔瓶是贮存和运送乙炔的容器,国内最常用的乙 炔瓶公称容积为40L,工作压力为1.5Mpa。其外形与氧气 瓶相似,外表漆成白色,并用红漆写上“乙炔”、“不可 近火”等字样。在瓶体内装有浸满丙酮的多孔性填料,可 使乙炔稳定而又安全地贮存在瓶内。使用乙炔瓶时,除应 遵守氧气瓶使用要求外,还应该注意:瓶体的温度不能超 过30~40℃;搬运、装卸、存放和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
卧放的乙炔瓶,必须先直立后静止20min,再连接乙炔减 压器后使用;不能遭受剧烈的震动等

典型的几种乙炔瓶

减压器
?
减压器将高压气体降为低压气体的调节装置。 对不同性质的气体,必须选用符合各自要求的专 用减压器 。通常,气焊时所需的工作压力一般都 比较低,如氧气压力一般为0.2~0.4Mpa,乙炔压 力最高不超过0.15Mpa。因此,必须将气瓶内输 出的气体压力降压后才能使用。减压器的作用是 降低气体压力,并使输送给焊炬的气体压力稳定 不变,以保证火焰能够稳定燃烧。减压器在专用 气瓶上应安装牢固。各种气体专用的减压器,禁 止换用或替用。

氧气减压器

氧气减压器

YQY-12氧气减压器
? 用于介质为氧气。参 数指标: ? 型号:YQY-12 ? 输入压力MPA:15压 力调节范围MPA: 0.1-1.25 ? 公称流量M3/H:40进 口螺纹:G5/8 ? 出口螺纹:M16*1.5

氧气减压器实例及图解

YQE-213乙炔减压器
用于介质为乙炔气。 参数指标: 型号:YQE-213 输入压力MPA:3 压力调节范围MPA: 0.01-0.15 公称流量M3/H:5 进口螺纹: 框架出口螺纹: M16*1.5

回火保险器
正常气焊时,火焰在焊炬的焊嘴外面燃烧, 但当气体供应不足、焊嘴阻塞、焊嘴太热 或焊嘴离焊件太近时,火焰会沿乙炔管路 往回燃烧。这种火焰进入喷嘴内逆向燃烧 的现象称为回火。如果回火蔓延到乙炔瓶, 就可能引起爆炸事故。回火保险器的作用 就是截留回火气体,保证乙炔瓶的安全。

干式乙炔回火防止器

技术参数: 1.使介质:溶解乙炔气 2.工作压力:0.01MPa-0.15MPa 3.流量:当工作v压力为 0.1MPa时,流量 Q≥3M/H2 4.外型尺 寸:Φ31.2x92mm

焊炬
?

焊炬的作用是将乙炔和氧气按一 定比例均匀混合,由焊嘴喷出,点 火燃烧,产生气体火焰。常用的氧 乙炔射吸式焊炬如图4-21所示。各 种型号的焊炬均配备3~5个大小不 同的焊嘴,以便焊接不同厚度的焊 件时使用。

焊炬模型

H01系列射吸式焊炬

(二) 气焊接头形式与坡口形式

G01型割炬参数

(三)气焊工艺及操作要领
? 气焊工艺 ? (1)焊丝和焊剂 ? 气焊所用的焊丝是没有药皮的金属丝;其成分与工件基本 相同,原则上要求焊缝与工件达到相等的强度。 ? 焊接合金钢、铸铁和有色金属时,熔池中容易产生高熔点 的稳定氧化物,如 Cr2O3、SiO2和Al2O3等,使焊缝中夹 渣。故在焊接时,使用适当的焊剂,可与这类氧化物结成 低熔点的熔渣,以利浮出熔池。因为金属氧化物多呈碱性, 所以一般都用酸性焊剂,如硼砂、硼酸等。焊铸铁时,往 往有较多的SiO2出现,因此通常又会采用碱性焊剂,如碳 酸钠和碳酸钾等。使用时,通常用焊丝蘸在端部送入熔池。 ? 焊接低碳钢时,只要接头表面干净,不必使用焊剂

焊接规范
? 气焊的接头型式和焊接空间位置等工艺问题的考虑,与手 工电弧焊基本相同。气焊的焊接规范则主要是确定焊丝的 直径、焊嘴的大小以及焊嘴对工件的倾斜角度。 ? 焊丝的直径是根据工件的厚度而定。焊接厚度为 3 mm以 下的工件时,所用的焊丝直径与工件的厚度基本相同。焊 接较厚的工件时,焊丝直径应小于工件厚度。焊丝直径一 般不超过 6 mm。 ? 焊炬端部的焊嘴是氧炔混合气体的喷口,如图1所示。每 把焊炬备有一套口径不同的焊嘴,焊接厚的工件应选用较 大口径的焊嘴。焊嘴的选择见表4-2。

4-2 焊接钢材用的焊嘴
? (4-2)

? 焊嘴号 1 ? 工件厚度 ? (mm ) <1.5

2
1~3

3
2~4

4
4~7

5
7~11

气焊基本操作要领
? (1)点火、调节火焰与灭火

点火时,先微开氧气阀门,再打开 乙炔阀门,随后点燃火焰。这时的火 焰是碳化焰。然后,逐渐开大氧气阀 门,将碳化焰调整成中性焰。同时, 按需要把火焰大小也调整合适。灭火 时,应先关乙炔阀门,后关氧气阀门。

焊嘴倾角与焊件厚度的关系

? (2)基本焊法 气焊时,一般用左手拿焊丝,右手拿焊 炬,两手的动作要协调,沿焊缝向左或向右焊接。 ? 焊接热源从接头右端向左端移动,并指向待焊部分的 操作法,称为左焊法,焊嘴轴线的投影应与焊缝重合,与 焊缝一般保持30~50°的夹角。左焊法主要适用于焊接厚 度3mm以下的薄板和低熔点的金属。这种焊法容易掌握, 应用最普遍。 ? 焊接热源从接头左端向右端移动并指向已焊部分的操 作法,称之为右焊法。这种焊法适用于焊接厚度较大、熔 点较高的焊件。 ?

? (3)焊丝的填充 起焊时,不但要注意熔池的形成情况,还要将焊丝 末端置于外层火焰下进行预热。当熔池形成后,才可将焊丝送人熔池, 接着将焊丝迅速提起,同时,火焰向前动,以便形成新的熔池。待新 的熔池形成后,再将被火焰预热的焊丝送如入熔池,如此循环,就形 成了焊缝。在操作过程中,应掌握好焊炬向前移动的速度,使熔池的 形状和大小始终保持一致。气焊厚度≤lmm时,可不填充焊丝。 ? (4)焊嘴倾角的选择 焊接中,要注意掌握好焊嘴与工件的夹角α 。 α大,火焰热量散失小,工件加热快,温度高。当焊接厚度大、熔点 较高或导热性较好的焊件时,α要大一些。 ? 焊接开始时,为了较快地加热工件和迅速形成熔池,α应大些,可 取80~90°;正常焊接时,一般保持在30~50°之间;当焊接结束 时,α应适当减小,以便更好地填满弧坑和避免焊穿。

? (5)焊嘴和焊丝的摆动 焊接中,焊嘴和 焊丝应作均匀协调的摆动,才能获得优质、 美观的焊缝。焊嘴和焊丝的摆动有三个方向: ? ①沿焊缝方向作前进运动,不断熔化焊 件和焊丝而形成焊缝; ? ②在垂直于焊缝方向作上下跳动; ? ③在焊缝宽度方向作横向摆动(或圆圈 运动)。

焊炬摆动方法

焊嘴
焊嘴和焊丝的摆动方法

焊丝

(6)焊缝的连接 后焊焊缝与先焊焊缝连接时,应用火焰将原熔池 周围充分加热,待已凝固的熔池及附近的焊缝金属重新熔化又形成熔 池后,方可熔入焊丝。焊接重要焊件时,接头处必须重叠8~10mm。 (7)收尾 焊到焊缝终端时,结束焊接的过程称为收尾。收尾时, 由于焊件温度较高,散热条件较差,故应减小焊嘴的倾角和加快焊接 速度,并要多加焊丝,以防止熔池面积扩大或产生烧穿。收尾时,还 要用温度较低的外焰保护熔池,直至熔池填满,方可使火焰慢慢地离 开熔池。总之,气焊收尾的要领是:倾角小,焊速增,送丝快,熔池 满。 ? 若出现熔池不清晰且有气泡、火花飞溅加大或熔池内金属沸腾的 现象,说明火焰选择不当,此时应及时将火焰调节成中性焰。 ?

难点:堆平焊波
? 气焊时,一般用左手拿焊丝,右手拿焊炬,两手 的动作要协调,沿焊缝向左或向右焊接。焊嘴轴 线的投影应与焊缝重合,同时要注意掌握好焊嘴 与焊件的夹角α,如图4-22。焊件愈厚,α愈大。 在焊接开始时,为了较快地加热焊件和迅速形成 熔池,α应大些。正常焊接时,一般保持α在 30°~50°范围内。当焊接结束时,α应适当减小, 以便更好地填满熔池和避免焊穿。焊炬向前移动 的速度应能保证焊件熔化并保持熔池具有一定的 大小。焊件熔化形成熔池后,再将焊丝适量地点 入熔池内熔化。

(四)气 割
? 1.气割过程 ? 氧气切割简称气割,是一种切割金属的常用方法, 如图所示。气割时,先把工件切割处的金属预热 到它的燃烧点,然后以高速纯氧气流猛吹。这时 金属就发生剧烈氧化,所产生的热量把金属氧化 物熔化成液体。同时,氧气气流又把氧化物的熔 液吹走, 工件就被切出了整齐的缺口。只要把割 炬向前移动,就能把工件连续切开。

气割过程

1-割缝;2-割嘴;3-氧气流;4-工件;5-氧气物;6-预热火焰

金属气割的两个件条件
? (1)金属的燃烧点应低于其熔点。 ? (2)金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。 纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢都 能满足上述条件,具有良好的气割性能。 高碳钢、铸铁、不锈钢,以及铜、铝等有 色金属都难以进行氧气切割。

气割操作
? 气割所用的割炬如图所示。工作时,先点燃预热火焰,使 工件的切割边缘加热到金属的燃烧点,然后开启切割氧气 阀门进行切割。

割炬及其操作演示

低碳钢的气割过程
? 低碳钢的切割过程如下图所示。气割过程氧流割口 氧化物预热火焰割嘴 ? (1) 预热 气割开始时,利用氧-乙炔焰将工件切割处 预热到能发生剧烈氧化的温度(燃点)约1300℃,呈黄 白色。预热火焰开始时可采用氧化焰,以缩短预热时间, 正常切割时用中性焰。 ? (2)燃烧 喷出高速切割氧流,使已预热的金属燃烧, 生成氧化物。 ? (3) 熔化与吹除 金属燃烧生成的氧化物以及与反应 表面毗邻的一部分金属被燃烧热熔化后,再被气流吹掉, 完成切割过程。

切割过程
? 示意图 H +O C
2 2 2

O2

C2H2+O2
割嘴

氧流 预热火焰

割口 氧化物

切割要求
? 1、根据钢板厚度选用割嘴,并按照规定调节工艺规范 ? 2、检查切割氧流线(风线)。流线应为笔直清晰的圆柱 体,若流线不规则,要关闭所有阀门修整割嘴。 ? 3、气割工件采用氧化焰,火焰的大小应根据工件的厚度 适当调整。 ? 4、气割时割嘴对准气割线一端加热工件至熔融状态,开 快风使金属充分燃烧,工件烧穿后再开始沿气割线移动割 嘴。 ? 5、切割要在钢板中间开始的,如割圆,应在钢板上先割 出孔,如钢板较厚可先钻孔,再由孔开始切割

? 6、气割薄板时,割嘴不能垂直于工件,需偏斜5 度—10度,火焰能率要小,气割速度要快。 ? 7、气割厚板,割嘴垂直于工件,距表面3—5mm, 切割终了割嘴向切割方向的反向倾斜5—10度, 以利收尾时割缝整齐。 ? 8、使用拖轮切割弧线,割枪不可抬太高,尤其割 小弧线厚板应使割枪与工件平行。 ? 9、工作时应常用针疏通割嘴,割嘴过热应浸入水 中冷却。 ? 10、气割特殊钢材,按工艺要求。 ? 11、 气割完毕要除去熔渣,并对工件进行检查

切割质量要求
? 气割切口表面应光滑干净,而且粗细纹路 要一致,气割的氧化铁渣容易脱落;气割 切口缝隙较窄,而且宽窄一致;气割切口 的钢板边缘棱角没有熔化等。 ? 切口质量的评定内容及等级划分 ? 1、表面粗糙度:表面粗糙度是指切割面波 纹峰与谷之间的距离(了取任意五点的平 均值),用G表示 。

? 2、平面度:平面度是指沿切割方向垂直于 切割面上的凸凹程度。按被切割钢板厚度δ 的百分比计算,用B表示 。 ? 3、上缘熔化程度上缘熔化程度是指气割过 程中烧塌情况,表现为是否产生塌角及形 成间断或连续性的熔滴及熔化条状物,用S 表示。 ? 4、挂渣:挂渣是指切断面的下缘附着铁的 氧化物,按其附着多少和剥离难易程度来 区分等级,用Z表示 。

? 5缺陷的极限间距:缺陷的极限间距是指沿切线方 向的切割面上,由于振动和间断等原因,出现沟 痕,使表面粗糙度突然下降,其沟痕深度为 0.32~1.2mm,沟痕宽度不超过5mm者称为缺陷。 缺陷的极限间距用Q表示 。 ? 6、直线度:直线度是指切割直线时,沿切割方向 将起止两端连成的直线同冠盖如云切割面之间的 间隙,用P表示 。 ? 7、垂直度:垂直度是指实际切断面与被切割金 属表面的垂线之间的最大偏差

常见缺陷的产生原因及防止方法
? (1) 切口过宽且表面粗糙 ? 切口过宽且表面粗糙是由于气割氧气压力过大造成的。切割氧气压力 过低时,切割的熔渣便吹不掉,切口的熔渣粘在一起不易去除。因此 气割时,应将切割氧气压力调整适宜。 ? (2) 切口表面不齐或棱角熔化 ? 切口表面不齐或棱角熔化产生的原因是预热火焰过强,或切割速度过 慢;火焰能率过小时,切割过程容易中断且切口表面不整齐,所以, 为保证切口规则,预热火焰能率大小要适宜。 ? (3)切口后拖量大 ? 切割速度过快致使切割后拖量过大,不易切透,严重时会使熔渣向上 飞,发生回火。切割时,可根据熔渣流动情况进行判断,采用较为合 理的切割速度,从而消除过大的后拖。

提高切口表面质量的途径
? (1) 切割氧气压力大小要适当 ? 切割氧坟力过大时,使切口过宽,切口表面粗糙,同时浪费氧气;过 小时,气割的氧化铁渣吹不掉,切口的熔渣容易粘在一起不易清除。 ? (2) 预热火焰能率要适当 ? 预热火焰能率过大时,钢板切口表面的棱角被熔化,尤其是在气割薄 件时会产生前面割 开,后面粘在一起的现象;火焰能率过小时,气割 过程容易中断,而且切口表面不整齐。 ? (3)气割速度要适当 ? 气割速度太快时,产生较大的后拖量,不易切透,甚至造成铁渣往上 飞,容易发生回火现象;气割速度太慢时,钢板两侧棱角熔化,同时 浪费气割气体,较薄的板材易产生过大的变形以及粘连现象,割后不 易清理。气割速度适当时,熔渣和火花垂直向下飞去,切口光洁,熔 渣容易清除。

(五)气割的应用与发展
? 设备简单,成本低 ? 操作灵活,简便 ? 与科技发展紧密结合,现代化、自动化普 及率高 ? 厚板切割(100MM以上)优势无可替代 ? 薄板切割逐步被等离子与激光切割替代

(六)安全操作要点
?

?

?
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⑴ 放置氧气瓶必须平稳可靠,不得与其它气瓶混在一起,距离工作地点 和其它火源应在5m以外;禁止撞击氧气瓶;严禁瓶口沾染油脂;防止爆晒, 阀门或瓶口严禁火烤;氧气不可用尽,应留有0.1~0.2MPa的余压。 ⑵ 乙炔瓶只能立放,瓶体表面的温度不得超过40℃ , 并严禁在漏气的情 况下使用。使用压力不得超过1.47MPa,瓶内气体不得用尽,应根据环境温 度留有0.05~0.30MPa。 ⑶ 乙炔发生器 乙炔发生器应放在通风良好处,并设专人保管和使用;工 作时严禁接近明火;工作地点要距乙炔发生器1mm以外;禁止敲击和碰撞乙 炔发生器;夏天要防止爆晒,冬天要防止冻结;要定期检查和清洗。 ⑷ 减压器 减压器开启时,应先旋入调节螺钉,再缓慢打开气瓶阀;停止 工作时,也应先松开减压器调节螺钉,再关闭气瓶阀;用于氧气和乙炔的减 压器不得换用;减压器上不得附有油脂。 ⑸ 每个减压器只允许接一把焊炬;在操作前和操作过程中,要检查焊炬 的射吸能力、乙炔或氧气导管是否漏气或堵塞;发生回火时,应迅速关闭乙 炔阀,再关闭氧气阀,找出原因,采取措施;焊接时,必须穿戴规定的工作 服、手套、脚盖和保护性眼镜。

复习思考题
? 气焊的原理是什么?有哪些优缺点? ? 氧气的纯度对气焊、气割有什么影响?对 工业用氧的纯度有什么要求? ? 回火保险器的作用是什么? ? 氧乙炔焰分哪三种火焰?各自的最高温度 在火焰什么位置?如何选择气焊火焰? ? 什么是气割?注意哪些安全事项? ? 金属材料应具备哪些条件才能进行氧气切 割?

? ?

谢谢!


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