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切割工艺

到此为止讨论的都是连接金属的方法。金属制造中另一个重要的工艺就是那些用于切割或去除金属的工艺。这些工艺常常应用于焊接形成适当形状或接头准备之前。在焊接时或在焊接之后，如果焊好的形状不满足部件的预期目的，运用这些工艺以去除焊缝上的缺陷区域或形成所需的形状，。

氧-可然气体切割（OFC）

切割工艺的第一种是氧燃料气体切割。就是用氧燃料火焰加热金属到其容易被氧化或燃烧的温度。所需的温度被称为燃点，并且对于钢来说，这温度是大约1700︒F（925︒C）。一旦达到这一温度，高压切割氧气流就冲到已加热的表面上，产生氧化反应。该氧气流也会去除焊渣以及由于氧化反应所产生的氧化残留物。因此可以认为OFC是一种化学切割工艺。图3.56所示的是切割碳钢时的火炬布置图。

用于OFC

的设备基本与

OAW的相同，

除了他用切割

附件来替代焊

嘴，该切割附件

包括增加了调

节杆或阀以打

开切割氧，图3.57所示的是可在大部分焊接和制造车间中

看到的典型的OFC设备。

切割操作还需要一个特殊的割嘴装在割炬的头上。割嘴

端部外缘上排列着一系列小孔。这些小孔就是让氧燃料气体

混合物流出为切割提供预热。在这些孔的中央的是切割氧通

道。图3.58是一典型切割嘴的横截面图。用于手工或机械切割的火炬在图3.59中说明。

要注意的是可以用几种不同的燃料气体，如乙炔，甲烷，丙烷，汽油以及甲基乙炔－丙二烯。每种气体效率不同，并且可能会在切割嘴上要求作小小的改动。当选择适当燃料气体时，应该要考虑的其它因素包括所需的预热时间，切割速度，成本，有效性，使气体充分燃烧所需的氧气量，以及运送燃料容器的方便性和安全性。

切割是用氧燃料混合物的预热火焰加热部件来完成的。一旦金属被加热到它的氧化温度，打开切割氧气进行热金属的氧化。金属的氧化会产生巨大的热量。这种放热的化学反应提供了迅速熔化金属并同时把氧化物从接头上吹走的必要的热量。如图3.60所示，所产生的切割的宽度被称为切缝。另外，该图也显示出了后拖量，就是在切割进入和退出之间沿着割口边缘所测得的偏移量。

虽然OFC广泛地运用在大部分行业，但通常只限于碳钢和低合金钢的切割。随着各种合金元素量的增加，可能会使得钢更加难于切割，会使金属硬化或者产生热裂切割表面，二者出现其一，或二者同时出现。各种合金元素的影响在表3.61中概述。

表3.61－化学元素对氧燃料切割的影响

正如所看到的，在大多数的情况下，一定量的合金元素的加入防碍常规的OFC。在许多情况中，这些元素是抗氧化型的。为了使氧燃料切割有效地完成，材料必须符合下列条件：（1）它必须有能在氧气中燃烧的能力（可燃性），（2）它的燃点要比熔点低，（3）它的热导性应该相对的低，（4）所产生的金属氧化物必须在低于该金属熔点的某个温度下熔化，（5）所形成的渣必须低粘度。因此，为了用这种工艺切割铸铁或不锈钢，要求必要的特殊技术以及附加设备。这些技术包括火炬摆动，废板的利用，送丝，铁粉切割以及熔剂切割。

OFC的优点包括它的相对便宜及便携式的设备，使得它可以在车间和现场使用。可以切割薄或厚截面。随着厚度增加，通常更容易切割。当机械化时（如图3.62），OFC可以产生相当精确的切割。当与机械切割方法相比，钢的氧燃料切割更经济。为了进一步地提高效率，使用多火炬系统或层叠切

割，可一次切割几层。

OFC的缺点之一是切割完成后需要进一步的清理

或打磨才可以焊接。另一个重要缺点是因为它要求高

温，会产生高硬度的热影响区。特别是如果该表面需

要机加工，这是很重要的。预热及切割后加热的应用

将有助于缓解这一问题。另外，即使切割可以相当精

确，它们仍不能与机械切割方法的精确性相比。最后，

所产生的火焰和热渣会造成在切割操作附近人员的安

全危害。

空气碳弧切割（CAC－A）

另一个非常有效的切割工艺就是空气碳弧切割。该工艺采用碳棒产生用于加热的电弧，伴随着高压压缩空气流，机械化地去除熔化了的金属。图3.63所示的是这一工艺的运用。

用于CAC－A的设备是由一恒流电源和与之相连特殊电极夹具以及压缩空气供应所组成。如图3.64所示的这特殊的夹具将碳棒夹在铜钳口上，其中的一个钳口有一系列的洞，这些洞是用来输送压缩空气的。

进行切割时，碳棒靠近工件以产生一电弧。一旦电弧熔化金属，压缩空气被启动，吹走熔化了的金属而产生槽或切口。

夹具连接至电源及压缩空气源。任何不可燃的

压缩气体都可以用，但至今为止，压缩空气是最便

宜的。图3.65所示的是空气碳弧切割的整个系统。

CAC－A特别是因为它能用于切割任何金属，

而在许多行业中应用。即使它能切割所有的金属，

但对于特别的合金，需要考虑其它的切割方法。图

3.66所示的是CAC－A几种金属和合金切割的电流

型式和极性。

当我们试图考虑用切割来去除焊缝或母材上的

带缺陷的区域时，应该认识到切割可十分有效地用

于焊接接头的准备。例如，对接的二部件以方形坡口接在一起。然后CAC－A工艺可用来完成图3.67所示的均匀的U型坡口。CAC－A也用于大而复杂部件的粗加工。

表3.66－CAC－A对各种金属的电源要求

金属电流型式焊条极性

铝DC 正CAC－A的基本优点之一是它是去除

铜和合金AC 无金属的相对有效的方法。它有能力切割铁，铸造的，可锻造的，等等。DC 负任何金属。因为它所用的电源与某些焊镁DC 正接所用的相同，所以设备费用很小。所镍和合金AC 无必要的就是购买夹具夹具可以连接到

碳钢DC 正一已有的电源以及压缩空气源上。

不锈钢DC 正这种工艺的主要缺点是有关安全。因为

它固有的噪杂和肮脏的加工过程。因此，操作工可能要用耳罩以降低噪音程度，并且通过过滤器呼吸以消除所产生的金属颗粒的吸入。也可能要求有火警戒以保证所切出的金属滴不会引起火灾。另一缺点就是所切好的金属在进一步焊接前需要清理。在切割中，可能会渗碳。

等离子弧切割（PAC）

最后一个要介绍的热切割方法是等离子弧切割。除了是要用于去除金属而不是把金属连接在一起之外，这个工艺大部分与PAW的相同。设备要求也相似，除了所要求的电源要比用于焊接要更高一些。由于母材要增加加热，所以要求转移弧型的焊把。典型的手工或机械切割型的PAC焊把如图3.68