17-切割概述与气体火焰切割解析

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金属切割 二、气体火焰切割
1、概述 利用气体火焰的热能将金属材料分离的方法称为气体 火焰切割法，简称气割。 气割是金属在纯氧中燃烧并借助高速氧流动量排除熔 渣的化学和物理作用相结合的过程。气割除了必须使 用氧气外，还必须使用可燃气体，如乙炔、液化石油 气、天然气等。 气体火焰切割是焊接生产中备料工序应用最广泛的切 割方法，一般结构钢是气割加工的主要对象。 气体火焰切割被广泛应用在冶金、机械、电力、石油 化工、锅炉及压力容器、车辆、造船等几乎所有的产 业部门。
铁虽然其熔点略低于氧化物的熔点，但氧化反应热较 大，特别是熔渣的黏度低、流动性好，易于被切割氧 流吹除。一般碳素结构钢因主要成分是铁，气割性良 好，是气割加工的主要对象。另外，钒也属气割加工 性良好的金属。
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金属切割
高碳钢、铸铁、高铬钢、铬镍不锈钢等氧化物的熔点
均高于材料本身的熔点，铸铁中的硅氧化物黏度很大，
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金属切割 1、切割方法的分类特点
近年来，切割技术的开发和应用取得了长足的发展，切割
技术已经从传统的火焰切割发展到包括等离子切割、激光
切割、高压水射流切割等在内的现代切割技术。
（ 1）现代工程材料切割的方法有很多种，大致可归纳为
冷切割和热切割两大类。
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冷切割：在常温下利用机械方法使材料分离，如剪切、锯
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金属切割
金属粉末切割的工作原理示意
1－节流阀 2－干燥罐 3－进气接头 4－联接螺母 5－内套 6－调节螺母 7－射吸室外套 8－喷嘴 9－射吸管 10－挡环 11－压紧弹簧 12－密封垫
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工艺要点：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
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2、气体火焰切割原理 气割是利用气体火焰的 热能将工件切割处金属 预热到一定温度后，喷
出高速切割氧流，使预
热处金属燃烧并放出热 量实现切割的方法。最
常见的气体火焰切割是
氧—乙炔火焰切割。
气割原理示意图
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气体火焰切割原理 钢材的气割是利用气体火焰 (称预热火焰)将钢材表面加热 到能够在氧气流中燃烧的温度(即燃点)，然后送进高纯度、 高流速的切割氧，使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁 熔渣，同时放出大量的热，借助这些燃烧热和熔渣不断加 热钢材的下层和切口前缘，使之也达到燃点，直至工件的 底部。与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成
气体火焰切割在生产中应用的最广泛。气体火焰切割
可分为氧—燃气切割和氧—熔剂切割两类。根据可燃气体
的不同，氧—燃气切割又可分类为氧—乙炔切割、氧—丙
烷切割、氧—液化石油气切割、氧—天然气切割以及氧—
氢切割等，其中氧—乙炔切割应用最普遍。
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（2）气割的特点 气割在工业生产中有两个特性：一是与焊接生产的配 套性；二是作为分离切割的独立性。与焊接生产配套，作 为焊接生产的第一道加工工序，气割的效率、质量、成本
切(条锯、圆片锯、砂片锯等)、铣切等，也包括近年来发
展的水射流切割。
热切割：利用热能使材料分离，最常见的有气体火焰切割、
等离子弧切割和激光切割等。
现代焊接生产中钢材的切割主要采用热切割。
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金属切割
（ 2 ）热切割按物理现象可分为燃烧切割、熔化切割和升华 切割三类，所有切割方法都是混合型的。 1）燃烧切割 材料在切口处采用加热燃烧、产生的氧化物被切割氧 流吹出而形成切口； 2）熔化切割 材料在切口处主要采用加热熔化、熔化产物被高速及 高温气体射流吹出而形成切口； 3）升华切割 材料在切口处主要采用加热汽化、汽化产物通过膨胀 或被一种气体射流吹出而形成切口。
将直接影响焊接工序及焊接质量和成本。
（3）应用 气体火焰切割的效率高、成本低、设备简单，能在各 种位置进行切割和在钢板上切割各种外形复杂的零件，因 此被广泛用于钢板下料、焊接坡口和铸件浇铸冒口的切割。
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6、其他气体火焰切割工艺 高速、高效气割工艺：氧—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。 氧 — 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。
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。
这种方法是切割一些难切割材料的快速和经济的切割方法。
熔剂的燃烧热和除渣作用 : 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氧化物使得切割熔渣变得
稀薄，易于被切割氧流排除，从而实现达到连续切割的目 的。
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物会比液体金属先凝固，而在液体金属表面形成固态薄
膜，或黏度大，不易被吹除，而且阻碍下层金属与氧接 触，使切割过程发生困难。
④金属的热导率不能太高。如热导率过高，预热火焰热
和燃烧反应热会迅速散失，使气割过程不能开始或中途 中断。
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4、适用范围
在金属材料中低碳钢符合上述条件，气割性能良好。
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一、切割技术概述
切割是焊接生产备料工序的重要加工方法，包括冷、热两 类切割，而热切割又有气体火焰切割、电弧切割、等离子
弧切割和激光切割等各种工艺方法。目前各种金属和非金
属材料的切割已经成为现代工业生产(特别是焊接生产)中 的一个重要工序，因为被焊工件所需要的几何形状和尺寸， 绝大多数是通过切割方法来实现的。切割技术被广泛应用 在国民经济建设的各个领域中。
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3、实现顺利气割的条件 ①金属能同氧发生剧烈的燃烧反应并放出足够的反应热。 这种燃烧热除了补偿辐射、导热和排渣等热散失外，还必 须保证将切口前缘的金属表层迅速且连续地预热到其燃点。 否则，生成热低，气割不能正常进行。气割低碳钢时所需 的热量，金属燃烧产生的热量占 70％左右，而预热火焰供 给的热量仅占 30％左右。所以，金属氧化生成热的作用是 相当大的。
切口将钢材切割开。
气体火焰切割的实质是被切割的材料在纯氧中燃烧的过程， 不是熔化过程。
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气体火焰切割原理 从宏观上来说，气体火焰切割是钢中的Fe在高纯度氧中燃 烧的化学过程和借助切割氧流动量排除熔渣的物理过程相 结合的一种加工方法。 整个气体火焰切割过程可分为互有关联的四个阶段： ①起割点处的金属表面用预热火焰加热到燃点，随之在 切割氧中开始燃烧反应； ②燃烧反应向金属下层进展； ③排除燃烧反应生成的熔渣，沿厚度方向割开金属； ④利用熔渣和预热火焰的热量将切口前缘的金属上层加 热到燃点，使之继续与氧产生燃烧反应。 上述过程不断重复，金属切割就连续地进行。
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2、切割技术应用 工业上应用的热切割法主要是氧气切割、等离子弧切割和 激光切割等。有些热切割方法是由于某些材料难以或不能 用氧气切割而开发的，随着等离子弧切割和激光切割的应 用，有些切割方法在实际应用中基本上已被淘汰 (如钨极 电弧切割、熔化极电弧切割等)。 利用动能的水射流切割，在切割过程中工件不受热和无热 变形，具有独特的优点，近年来发展迅速并已得到广泛应 用。 电火花加工的切割速度较慢，但切割精度高，辅以数控装 置，在机械制造中是模具加工和试样精密切割的一种有效 的切割方法。
②金属的燃点应比熔点低，否则不能实现氧气切割，而变 成熔割。气割时金属在固态下燃烧才能保证切口平整。如 果燃点高于熔点，金属在燃烧前已经熔化，切口质量很差， 严重时切割无法进行。
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金属切割
实现顺利气割的条件 ③燃烧生成的氧化物熔渣的熔点应比金属熔点低，且流 动性好。氧化物的熔点低于金属的熔点，则生成的氧化 物才可能以液体状态从切口中被纯氧吹除。否则，氧化
所以它们很难气割。铜及其合金因反应热很少，而热 导率又高，也不可气割。铝虽然氧化反应热很高，但 金属氧化物 Al2O3 的熔点高出其熔点 2 倍，而且燃点接 近熔点，也属于不可气割的金属。
铬和镍的氧化物熔点很高，难以气割，但可以采用
氧—熔剂工艺进行切割
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5、气割的分类、特点及应用
（1）气割的分类