welcome to www.chinaweld.com.cn   [英文版]
 
焊接工艺
   您现在的位置是:中国焊接网
 
其他气体火焰切割工艺
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:2/17/2006 阅读:19573

 

 

 

其他气体火焰切割工艺

 

 

气割用燃气最早使用是乙炔。随着工业的发展,人们在探索其他的气体替代乙炔。目前乙炔的代用气体有丙烷、丙烯、天然气、氢气(电解水产生)、液化石油气、一些混合气体等。汽油经雾化后也可作为燃气用于气割。

1 -丙烷气体切割

气割时使用的预热火焰为氧-丙烷火焰。根据使用效果、成本、气源情况等综合分析,丙烷是乙炔的比较理想的代用燃料,目前丙烷的使用量在所有乙炔代用燃气中用量最大。工业发达国家早已经使用丙烷(C3H8)这种质优价廉的气体进行火焰切割。氧-丙烷切割要求氧气纯度高于99.5%,丙烷气的纯度也要高于99.5%。一般采用G01-30型割炬配用GKJ4型快速割嘴。

与氧-乙炔火焰切割相比,氧-丙烷火焰切割的特点如下:

① 切割面上缘不烧塌,熔化量少;切割面下缘黏性熔渣少,易于清除;

② 切割面的氧化皮易剥落,切割面的粗糙度相对较低;

③ 切割厚钢板时,不塌边、后劲足,切口表面光洁、棱角整齐,精度高;

④ 倾斜切割时,倾斜角度越大,切割难度越大;

⑤ 比氧-乙炔切割成本低,总成本约降低30%以上。

同氧-乙炔切割相似,氧-丙烷切割按使用的割炬分为射吸式割炬和等压式割炬,射吸式割炬大多用于手工切割,等压式割炬大多用于机械切割。氧-丙烷射吸式割炬切割的工艺参数见表1,用等压式割炬机械切割的工艺参数见表2

1  -丙烷射吸式割炬切割的工艺参数

割嘴号

切割厚度/mm

氧气压力/MPa

燃气压力/MPa

   

1

2

3

510

1020

2030

0.20

0.25

0.30

0.03

0.03

0.03

G01-30型割炬

1

2

3

4

5

510

1020

2040

4060

60100

0.20

0.25

0.30

0.40

0.50

0.03

0.03

0.03

0.04

0.04

G01-100型割炬

6

7

8

9

10

100150

150180

180220

220260

260300

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.04

0.04

0.05

0.05

0.05

G01-300型割炬

 

2  -丙烷等压式割炬机械切割的工艺参数

割嘴号

切割厚度/mm

氧气压力/MPa

燃气压力/MPa

切割速度/mm.min-1

1

510

0.30

0.03

500450

2

1020

0.30

0.03

450350

3

2040

0.35

0.03

350300

4

4060

0.45

0.04

300250

5

60100

0.60

0.04

250230

6

100150

0.70

0.04

230200

7

150180

0.80

0.05

200170

8

180220

0.90

0.05

170140

9

220260

0.95

0.05

14090

10

260300

1.00

0.05

9070

 

切割时,预热火焰开始用氧化焰(氧与丙烷混合比51),以缩短预热时间。正常切割时转用中性焰(混合比为3.51)。使用丙烷气切割与氧-乙炔切割的操作步骤基本一样,只是氧-丙烷火焰略弱,切割速度较慢一些。采取如下措施可使切割速度提高:

① 预热时,割炬不抖动,火焰固定于钢板边缘一点,适当加大氧气量,调节火焰成氧化焰;

② 换用丙烷快速割嘴使割缝变窄,适当提高切割速度;

③ 直线切割时,适当使割嘴后倾,可提高切割速度和切割质量。

2. 液化石油气切割

随着石油工业的发展,石油工业中的副产品——液化石油气已被用在金属的切割上。液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、丁烯(C4H8)、戊烷(C5H12)和乙烷(C2H6)等。这些物质在常温下都是气体。为了便于储存和运输,把它们加压变成液体,然后装在瓶里使用,这就是液化石油气。

采用氧-液化石油气代替氧-乙炔进行切割具有很多优点,如成本低、切口表面光滑、氧化铁熔渣易清除、操作安全、回火爆炸的可能性较小、使用方便等;缺点是切割时预热的时间稍长,耗氧量大。

-液化石油气火焰的构造,同氧-乙炔火焰基本一样,也分为氧化焰、碳化焰、中性焰三种,焰心也有部分分解反应。不同的是氧-液化石油气焰习分解产物较少,内焰不像乙炔焰那样明亮,而是有点发蓝,外焰则显得比氧-乙炔焰清晰而且较长。

按汽化方式的不同,液化石油气的供给方法分为:自然汽化、强制汽化和加添加剂。

1)自燃汽化

瓶内液体蒸发所需要的热量完全靠瓶子周围的空气供给。这种方法要求瓶内液化石油气的丙烷含量高,不能含有戊烷,环境温度不能太低,冬天必须放在有采暖设备的房子里使用。这种方式汽化量较小,但切割一般厚度的钢板已完全够用。

2)强制汽化

把瓶内气体导出,靠汽化器使之汽化。这种方法的优点是:

① 瓶内组成始终不变,因此压力一直稳定,可不剩残液;

② 液化石油气的汽化量仅取决于汽化器的汽化能力,与气瓶的大小无关;

③ 在环境温度较低的条件下同样可以使用,适于冬季室外作业;

④ 对液化石油气组成没有十分严格的要求。

3)加添加剂

在液化石油气、丙烷气内加注添加剂,可起到助燃、阻聚、催化、裂化等特殊功效,显著改善气体的燃烧特性,大大提升火焰的燃烧温度。添加剂能有效改善液化石油气在气瓶内液量较小或在环境温度较低(如冬季)条件下,由于汽化量不足影响切割的问题。

目前使用的割炬多是射吸式的,但规格和结构不统一,所以液化石油气输出压力也大小不同。为了保证液化石油气输入割炬的流量,达到与氧混合的比例要求,调整液化石油气的供应十分重要。根据现场操作经验,手工切割一般厚度的钢板,液化石油气调压后的输出压力为23kPa;自动切割机为1030kPa,切割厚度200300mm的钢冒口时为25kPa

由于液化石油气的着火点较高,致使点火较氧-乙炔时困难,必须用明火才能点燃,或者把割嘴部靠近钢板表面,并稍微打开一点氧气阀门,也可用打火枪点火。调节时,先送一点氧气,然后慢慢加大液化石油气量和氧气量。当火焰最短,呈蓝白色并发出呜呜响声时,该火焰温度最高。

-液化石油气切割时的操作工艺与氧-乙炔切割基本相同。

3. 高速、高效气割工艺

1)超声速割嘴快速气割

这种切割方法选用割嘴的切割氧孔道具有超声速均直流的气动特性曲面,切割面光洁。由于超声速氧流在单位时间内能提供较多的氧气,可促进被切割金属的氧化反应,便于气割过程的顺利进行。

超声速割嘴因其切割氧出口孔道是扩散形,使氧射流的喷出速度大于声速,且长而挺直、动量大,故具有良好的切割性能。不仅切割速度快(比一般直筒形割嘴快20%~25%),而且所能切割的厚度大,切割面质量好。一般超声速割嘴有切割氧压力490kPa690kPa的两种。表3给出690kPa超声速割嘴切割的工艺参数。

3 690kPa超声速割嘴切割的工艺参数

切割板厚

/mm

割嘴号码

切割氧孔道尺寸/mm

气体压力/kPa

切割速度

/mm.min-1

喉径

出口孔径

氧气

乙炔

614

0

0.7

0.91

690790

25

800550

1020

1

1.0

1.30

690790

29

700600

2040

2

1.2

1.56

690790

39

600500

4060

3

1.4

1.85

690790

39

500400

6080

4

1.6

2.08

690790

39

450350

80100

5

1.8

2.34

690790

39

350300

100150

6

2.1

2.73

690790

49

300200

 

普通割嘴切割氧孔道是圆柱形的,切割氧压力随孔径的增加而增加,氧气流出口速度较慢,涡流大。而超声速快速割嘴的切割氧压力基本不随切割厚度的变化而变化。表4列出超声速快速割嘴切割的工艺参数。

4  超声速快速割嘴切割的工艺参数

割嘴号

割嘴喉部直径/mm

切割厚度

/mm

切割速度

/mm.min-1

气体压力/MPa

割口宽度

/mm

氧气

乙炔

丙烷

1

0.60

510

750600

0.7

0.025

0.030

1

2

0.80

1020

600450

0.7

0.025

0.030

1.5

3

1.00

2040

450380

0.7

0.025

0.030

2

4

1.25

4060

380320

0.7

0.030

0.035

2.3

5

1.50

60100

320250

0.7

0.030

0.035

3.4

6

1.75

100150

250160

0.7

0.035

0.040

4

7

2.00

150180

160130

0.7

0.035

0.040

4.5

1A

0.60

510

560450

0.5

0.025

0.030

1

2A

0.80

1020

450340

0.5

0.025

0.030

1.5

3A

1.00

2040

340250

0.5

0.025

0.030

2

4A

1.25

4060

250210

0.5

0.030

0.035

2.3

5A

1.50

60100

210180

0.5

0.030

0.035

3.4

 

超声速割嘴切割操作方法与普通割嘴相同,但需注意以下几点:

① 不论切割薄板还是厚板,切割氧压力的设定需按照割嘴的设计压力,但可适当高些(主要看风线情况),以弥补软管的压力损失;

② 氧气皮管宜使用内径8mm的软管;

③ 预热火焰功率要适当加大些,但切割厚板不宜增大。

2)氧帘割嘴快速气割。

氧帘割嘴快速气割在通常的预热火焰和切割氧流之间附加一层小流量、低流速的保护氧流,在切割氧流外围形成一道保护屏幕,使之不受周围杂质气体的污染,相对地提高了切割氧的纯度,并对预热火焰起稳定作用。

因此这种割嘴的切割速度比普通割嘴高40%~50%,切割面粗糙度可达Ra12.5μm,且上缘棱角清晰,下缘无粘渣,特别适合于厚度40mm以下成形零件的优质切割。在我国普遍采用气态氧的条件下,氧帘割嘴是提高气割速度和质量的有效方法。氧帘割嘴的操作注意事项与超声速割嘴相同。

氧帘割嘴快速机械切割低碳钢的工艺参数见表5

5  氧帘割嘴快速机械切割低碳钢的工艺参数

板厚/mm

切割速度/mm.min-1

  

10

14

16

18

20

24

30

770

730

690

640

600

520

430

⑴ 割嘴切割氧孔的喉径为1.0mm

⑵ 切割氧压力为686kPa(7kgf/cm2)

⑶ 预热燃气为乙炔

⑷ 切割面割纹深度12.5μm

 

为了提高切割质量,手工切割时可采用在手工割炬装上电动匀走器的方法(见图1),利用电动机带动该轮使割炬沿切割线均速行走。也可使用直线导板,这样既减轻劳动强度,又能提高切割面质量。

4 -熔剂切割

碳钢比较容易切割,但有些金属,例如含铬量较多的钢(如不锈钢、耐热钢等)以及铸铁、有色金属等,用一般的气割方法是无法切割的。因为这些金属在氧气中燃烧时,能结成一种难熔的高熔点氧化物,阻碍了氧气与金属表面接触,使切割过程不能进行。

-熔剂切割法又称为金属粉末切割法,是向切割区域送入金属粉末(铁粉、铝粉等)的气割方法。可以切割用常规气体火焰切割方法难以切割的材料,如不锈钢、铜和铸铁等。金属粉末切割的工作原理如图2所示。

-熔剂切割方法的工艺要点在于:除了有切割氧气的气流外,同时还有由切割氧气流带出的粉末状熔剂吹到切割区,利用氧气流与熔剂对被切割金属的综合作用,借以改善切割性能,达到切割不锈钢、铸铁等金属的目的。

这种方法虽设备比较复杂,但切割质量比振动切割法好。在没有等离子弧切割设备的场合,是切割一些难切割材料的快速和经济的切割方法。

-熔剂切割是在普通氧气切割过程中在切割氧流内加入纯铁粉或其他熔剂,利用它们的燃烧热和除渣作用实现切割的方法。通过金属粉末的燃烧产生附加热量,利用这些附加热量生成的金属氧化物使得切割熔渣变稀薄,易于被切割氧流排除,从而达到实现连续切割的目的。

-熔剂切割所用的设备与器材与普通气割设备大体相同,但比普通氧-燃气切割多了熔剂及输送熔剂所需的送粉装置。切割厚度小于300mm的不锈钢可以使用一般氧气切割用的割炬和割嘴(包括低压扩散形割嘴),切割更厚的工件时,则需使用特制的割炬和割嘴。

为了使送入切割反应区的熔剂均匀,应采用专用的送粉装置。氧-熔剂切割按熔剂向切割区送进方式的不同,分为内送粉式和外送粉式两种,见图3。内送粉时,熔剂通过割嘴的切割氧输送并通过割嘴的切割氧孔道喷入切割反应区,这种送粉方式送粉均匀,熔剂基本没有浪费,送粉效果好,切割效果也好。但是由于熔剂通过切割孔道,对切割氧孔道产生冲刷作用,使割嘴的切割氧孔道损坏严重。外送粉时,熔剂由压缩空气(或氮气)通过与割嘴分离的送粉孔送入切割反应区,这种送粉方式没有内送粉均匀,容易造成熔剂浪费,送粉量不易掌握,但这种送粉方式对割嘴没有损坏。内送粉式氧-熔剂切割的切割能力有限,通常只能切割500mm以下的工件,效率也较低。大厚度工件常用外送粉式氧-熔剂切割。

对切割用熔剂的要求是:在氧中燃烧时发热量大,燃烧产物的熔点低,流动性好,或具有一定的冲刷作用。最常用的是纯铁粉,其粉度一般为0.11mm或更细,以利于在切割反应区中充分燃烧。为了提高切割效率,改善切割质量,尤其在切割有色金属时,也采用在铁粉中加铝粉或其他金属粉末作熔剂。

采用氧-熔剂切割不锈钢、铸铁,其切割厚度大大提高,国内已切割到厚度1200mm。表6和表7分别列出内送粉式和外送粉式氧-熔剂切割不锈钢的工艺参数。

6  1Cr18Ni9Ti不锈钢氧-熔剂切割的工艺参数(内送粉工艺)

工艺参数

板厚/mm

10

20

30

40

70

90

  割嘴号码

1

1

2

2

3

3

  氧气压力/kPa

440

490

540

590

690

780

  氧气耗量/kL.m-1

1.1

1.3

1.6

1.75

2.3

3.0

  燃气(天然气)/kL.m-1

0.11

0.13

0.15

0.18

0.23

0.29

  铁粉耗量/kg.m-1

0.7

0.8

0.9

1.0

2.0

2.5

  切割速度/mm.min-1

230

190

180

160

120

90

  切口宽度/mm

10

10

11

11

12

12

注:铁粉粒度0.10.05mm

 

7  18-8不锈钢氧-熔剂切割的工艺参数(外送粉工艺)

工艺参数

板厚/mm

5

10

30

90

200

  氧气压力/kPa

245

315

295

390

490

  氧气耗量/kL.h-1

2.64

4.68

8.23

14.9

23.7

  乙炔压力/kPa

20

20

25

25

40

  乙炔耗量/kL.h-1

0.34

0.46

0.73

0.90

1.48

  铁粉耗量/kg.h-1

9

10

10

12

15

  切割速度/mm.min-1

416

368

216

150

50

注:铁粉粒度0.10.05mm

 

所加熔剂的成分主要是由铁粉、铝粉、硼砂、石英砂等组成。附加的铁粉、铝粉在氧气流中燃烧时,产生大量的热量,对切割处进行补充加热,使难熔的氧化物熔化并与被切割金属表面的氧化物熔在一起。加入硼砂等可使熔渣变稀,使之易于流动,很容易从金属表面被吹走而打开氧气进入的通路,使切割过程正常进行。熔剂中除了铁粉外,还混入其他粉末状熔剂加入物,熔剂加入物的加入量根据被切割金属来确定。

切割不锈钢及高铬钢时,可采用铁粉作为熔剂。切割高铬钢时,也可采用铁粉与石英砂按11比例混合的熔剂。切割时,割嘴与金属表面距离应比普通气割时稍大些,约为1520mm,否则容易引起回火。切割速度比切割普通低碳钢稍低一些,预热焰功率比普通气割高15%~25%。

-熔剂方法切割铸铁与切割高铬钢大致相同,但所用熔剂除铁粉外,还要加入30%~35%的磷铁粉。切割铸铁时,切割速度要比切割高铬钢时低50%~55%,气体及熔剂的消耗量比切割高铬钢时高2.53倍。

-熔剂方法切割紫铜、黄铜及青铜时,采用的熔剂成分是:铁粉70%~75%、铝粉15%~20%、磷铁10%~15%。切割时,先将被切割金属预热到200400℃。割嘴和被切割金属之间的距离根据金属的厚度决定,一般在2050mm之间。

5. 水解氢-氧火焰切割

以氧气和氢气混合燃烧形成的火焰作预热火焰而进行的氧气切割称为氧-氢切割。由于氢的总热值小,火焰温度低(仅2400),预热时间长(是氧-乙炔火焰的2倍)且安全性差,所以过去在工业生产上没有获得广泛应用。但由于氧-氢混合气燃烧的产物是水,对环境无污染。因此,近年来国内外相继开发出小型电解水的氢-氧发生器,并利用其产生的氢-氧混合气作气焊火焰和气割的预热火焰。于是出现了“水解氢-氧火焰切割”。

电解水氢-氧发生器示意如图4所示。其中电解槽是产生氢和氧的装置,为了加速水的电离,提高电解效率,通常在水中加入适量的强电解质,如KOH。气体压力继电器用于控制发气量,当混合器内压力大于某一设定值时,即自动切断电源,停止电解;当压力降至一定值时,电源自动接通,电解槽继续产生气体。

采用水解氢-氢火焰切割时,可使用普通氧气切割用的割炬。这种切割方法的供气方式有多种,图5所示为最简单的一种。来自水解氢-氧发生器的混合气通入割炬的燃气通道,原预热氧气阀关闭。切割氧单独由氧气瓶供给。由于发生器产生的氢和氧的体积比是固定的(为0.5),所以混合气燃烧的火焰为中性焰,其燃烧性能不可调节。混合气流量可通过燃气阀或发生器的发气量进行调节。

应注意的是,氢气易爆炸,因此装置中设两道回火防止器,并在混合器上安装防爆片。一旦回火,能及时排放气体,防止逆燃火焰进入电解槽。各种氢-氧切割机的主要技术参数见表8

8  各种氢-氧切割机的主要技术参数

 

 

额定功率/kW

额定产气量/m.h-1

切割厚度/mm

YJ系列氢-氧焊割机

YJ2000

7.5

16

24

38

2.0

4.0

6.0

10.0

100

100

100

100

JF系列氢-氧焊割机

YJ4000

5

9

18

1.0

2.0

4.0

50

100

400

水解氢-氧焊割机

YJ6000

2

4

8

16

0.8

1.5

3.0

6.0

100

200

250

250

-氧源焊割机

YJ10000

4

3

50(多机并联大于300)

 

水解氢-氧火焰切割工艺和操作与一般氧-乙炔切割相同。水解氢-氧火焰切割低碳钢的工艺参数见表9

9  水解氢-氧火焰切割低碳钢的工艺参数

 

 

额定功率/kW

额定产气量/m.h-1

切割厚度/mm

10

1

11001300

0.30

55.0

16

0.35

46.7

20

0.50

38.8

25

0.50

31.9

30

0.55

29.5

35

0.65

29.2

40

0.70

28.5

注:割嘴为直筒形。

 

使用水解氢-氧火焰切割时要注意安全,发生器的各部件及其连接接头应密封,以免泄露造成事故。发生器应可靠接地,尽可能在室外作业,室内作业要有良好通风。工作开始前,先开割炬的混合气通路的阀门,排除里面的空气,待23min后才能点火切割。

 
 
打印本页 | 关闭窗口
把中国焊接网作为我的首页    把中国焊接网放入收藏    和中国焊接网联系
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
地址:大连市甘井子区东纬路472-2号1单元1层6号公建
电话: 0411-86851981 86851956
传真:0411-86851835 技术支持:中易互联
辽ICP备05012178号