热切割及坡口准备方法

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2.1火焰切割原理 火焰切割是利用氧气与燃烧气体混合后燃烧 产生的热能将局部金属预热到燃点，然后借助于 喷出的高速氧气流使金属剧烈燃烧，反应过程向 深度和移动方向进行，所产生的氧化物和熔融金 属混合后被切割氧气流吹出并产生割口。 切割过程实际: 金属在氧气中剧烈燃烧反应的过程。
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3.3 工件尺寸偏差 工件尺寸偏差是指工件基本尺寸（或称名义 尺寸）与切割后的实际尺寸之差值。 工件尺寸偏差分为1、2两个等级，具体见 ISO9013标准。
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3.4 不同切割方法的质量等级
哈尔滨焊接技术培训中心
www.wtiharbin.com
Harbin Welding Training Institute
国际焊接工程师培训课程
Training Course for International Welding Engineer
热切割及坡口准备方法ⅠⅡ
授课教师:
国际焊接学会授权的培训机构 IIW Authorised Training Body
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2.2金属材料的切割性 金属材料能够使用火焰切割必须满足： 1）金属必须能够在氧气中燃烧； 2）金属材料的燃点低于熔点（含碳量0.25% 的钢材燃点为1250℃，熔点为1500℃）； 3）金属氧化物的熔点低于金属的熔点； 4）金属氧化物必须呈稀液状； 5）金属燃烧所放出热量必须能使燃烧反应继 续进行； 6）金属的导热性尽可能小。
此外还有垂直度，即指实际切断面与被切割 表面的垂线之间的最大偏差。 在测量直角和斜角误差u 时，应按下图 将测 定范围先确定下来，即切割面上下缘的△a 去除。
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表5 不同切割厚度a的△a值
切割厚度a a≤3 3≤a≤6 6<a≤10 10<a≤20 20<a≤40 40<a≤100 100<a≤150 150<a≤200 200<a≤250 250<a≤300 △a（mm） 0.1a 0.3 0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 8.0 10.0
代号
图
解
切割后拖量是指在 切割方向上一条割 纹的两点之间的间 距
n
直角和斜角误差是 指切割面最高点与 最低点的切线的理 论垂直距离
u
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割纹深度是指平均 粗糙度RZ5
பைடு நூலகம்
h
边缘熔化是指切面 上棱边一定型状的 尺寸
r
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爆炸极限（空气中） 体积-% 爆炸极限（氧气中） 体积-%
燃烧速度（空气中）
燃烧速度（氧气中） 混合比（中性焰） 混合比（中性焰） 火焰温度（空气中） 火焰温度（氧气中）
m/s
m/s 与空气 与氧气 ℃ ℃
0.4
3.8 8.4-9 1.6-1.8
1.5
7.2 9-10 1.1-1.3
0.51
3.3 21-22 3.8-4.5
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2）切割嘴 割嘴须与割炬相配合，它的尺寸根据切割厚 度确定。切割嘴有下列类型：环型割嘴、间隙割 嘴、单元割嘴及混合割嘴。
环型割嘴（两部分） 环型割嘴是由切割嘴 和外围的加热嘴构成。加 热火焰从环型间隙喷出并 切割集中在中间。
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火焰切割性
材 料 火焰切割性 可切割至1.6%C 碳钢 锰钢 硅钢
冷切割是不加热、不发生火花、 不打磨、没有震动、不向材料加应 力的材料分离工艺，主要保证爆炸 物或者石油化学管道没有爆炸危险。 注解 含碳量大于0.4%的钢要预热
冷切割可至13%Mn和1.3%C 冷切割至2.9%Si，在含碳量非常小的 情况下，可达4%Si 冷切割至1.5%Cr 热切割至10%Cr 可切割至0.7%Cu 可切割至10%W，5%Cr，0.2%Ni， 0.8%C。热切割至17%W 可切割至34%Ni和0.5%C Mo使切割性能变坏
铬钢
镀铜钢 钨钢 镍钢
C最大含量0.2%
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材料的火焰切割性与碳当量有关，碳当量大于 0.4时，火焰切割前必须预热。当碳当量大于1时， 材料不具备切割性。
Mn Ni Cr Mo V 碳当量 C 6 15 5 4 4
碳当量 ＜0.3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 ＞0.6 预热（℃） ≤50mm的板厚 （直线切割） —— —— 最高100 100-200 200-350 预热（℃） ≥50mm的板厚 （仿型切割） —— 最高100 100-200 200-350 350-500
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主要内容列表
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1、热切割方法分类 2、火焰切割 3、火焰切割质量技术要求 4、坡口准备加工 5、等离子切割 6、激光切割 7、金属粉火焰切割和火焰钻孔 8、气体放电热切割 9、水射流切割 10、劳动保护说明
1、热切割方法分类
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热切割是利用集中热源使材料分离的方法。 热切割工艺可以按照切割过程的物理过程、 机械化程度和能源类型进行分类。
按物理过程分类可以分： 火焰燃烧切割、熔化切割和升华切割 按机械化程度分类可以： 手工、半机械化、全机械化和自动化切割 按能源的分类方式见下图：
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混合割嘴 对于慢燃烧气体，此割嘴由切割和加热嘴构 成，其它的由一部分构成。在较高热载情况下， 比如像多边截面，用此嘴具有优越性。 割嘴的型号（JB/T7950 快速割嘴） 快速割嘴由其割嘴切割氧孔道的喉部直径来 决定，各个规格号与相对应的喉部直径见下表：
符号： ●氧火焰切割 ▲等离子切割 ■激光切割 几种切割方法切割质量（直角和斜角误差）
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符号： ●氧火焰切割 ▲等离子切割 ■激光切割 几种切割方法切割质量（平均粗糙度）
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3.5 切割面质量标记举例 例1：
2
3 4 5
0.15+0.007a
0.4+0.01a 0.8+0.02a 1.2+0.035a
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平均粗糙度Rz5
范围 1 2 3 4
平均粗糙度 10+（0.6a mm） 40+（0.8a mm） 70+（1.2a mm） 110+（1.8a mm）
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2、火焰切割
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火焰切割是一种热切割方法，它除了用于生 产下料外，还广泛用于焊接坡口的制备。对于板 厚在3-300mm范围内的碳钢和低合金钢，切割质 量最好的热切割方法是火焰切割。能量的消耗最 小，较大部分热量是通过氧与所切割钢的放热反 应产生的。 作为材料预热的热源，氧乙炔火焰优先达到 材料的燃烧温度。氧乙炔火焰是具有最高火焰温 度及火焰效率的火焰。在切割过程中，氧乙炔焰 可将被切割的母材迅速地加热到必要的燃烧温度。 高效切割嘴能达到快速切割的目的。
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切割面的质量等级将采用下列参数进行分等： ——直角和斜角误差u（见表4） ——平均粗糙度RZ5（见表4） 以下参数以目视进行判断： ——后拖量（见表4） ——边缘熔化度r（见表4）
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定 义
燃烧效率（氧气中） kW/cm3
4.05
2765 2770
9.9
3050 3170
4.5
2805 2850
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混合气体的
火焰温度和
燃烧速度与 混合比关系
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2.3火焰切割设备 切割设备分为：手工切割和机械化切割，主 要区别在于设备费用投入和切割质量上。 火焰切割可实现的切割面有：垂直面或斜面。 1）手工割矩
割嘴规格号 喉部直径d/mm 1 0.6 2 0.8 3 1.0 4 1.25 5 1.5 6 1.75 7 2.0
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3）机械化切割设备 分为半机械化、全机械化以及自动化切割设备 三类。
按ISO 9013标准，u为区域2，RZ5为区域3。 工件尺寸偏差为1级 例2：文字描述 ISO 9013-342 按ISO 9013标准，u为区域3，RZ5为区域4， 工件尺寸偏差为2级。
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3.6 火焰切割质量的影响因素 影响火焰切割质量的影响因素主要包括： 气体（压力、流量、混合比、纯度、类型和 温度等） 割嘴（结构、寿命和切割角度等） 机械装置（机器结构、寿命和切割速度等） 切割材料（化学成分、厚度和尺寸精度等） 操作者的技术水平和经验程度
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1割炬 2割嘴 3切割束流 4割口 5切割起点 6切割终点 a工件厚度 b割嘴距离 c前进方向 d割口宽度 e切割厚度 f割口宽度 g底部割口宽度 h切割方向
1割口上边缘 a工件厚度 d切割厚
2割口表面 3割口下边缘 b割口厚度 c钝边厚度 α割炬倾角 β割口倾角
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间隙割嘴（两部分） 与环型割嘴相比，间隙割嘴具有高的切割效 率和好的切割净度。借助圆锥状的加热和切割的 配合，保证了加热火焰与切割嘴氧气束的最佳配 合。
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单元割嘴（一部分） 单元割嘴是由能保证加热火焰和切割氧气束 最佳配合的组件构成。
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3.2 切割面的质量分级 关于切割面的质量等级将采用直角和斜角误 差u和平均粗糙度RZ5进行分等。
——直角和斜角误差u ——平均粗糙度Rz5
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直角和斜角误差u
范围 1 直角和斜角误差mm 0.05+0.003a
半自动切割圆弧
3、火焰切割质量技术要求
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ISO 9013：2000 热切割-----热切割分类----产品几何尺寸及质量公差 标准适用于采用 氧燃气火焰切割、等离子切 割以及激光切割的材料，使用范围分为火焰切割 自3mm-300mm、等离子切割自1mm-150mm、激 光切割自0.5mm-40mm。 3.1 定义 按ISO 9013标准切割面的质量由： a 直角和斜角误差u c 后拖量n b 平均粗糙度Rz5 d 边缘熔化度r
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不同燃烧气体的特性
切 割 气 体 甲烷（天然气） 大于80%（CH4） 其余乙烷 0.71 35.88 50 4-16 4-60 乙炔 大于99.5% （C2H2） 1.17 56.64 48.23 2.4-80 2.7-93 丙烷 大于95%（C3H8） 其余丁烷 2 93.7 46.7 1.8-95 2.3-45 含量 体积-% 密度（0℃，1013bar） kg/m3 热值 MJ/m3 MJ/kg