火焰技术

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混合气体的爆炸容限
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燃烧速度和析出的热量的乘积是火焰的初始 功率，它对预热功率起决定性的作用。 气体流速与燃烧速度存在直接的关系。燃烧 速度愈高的气体，可以选择的流速就愈大，没有 流速就显示不出火焰，甚至火焰熄灭。 气体流速愈高，则在工件加热区上单位时间 里燃烧的气体就愈多。燃烧的气体愈多，集中的 热量就愈多。
2、气体
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火焰技术所使用的助燃气体是氧气和空气。 燃气是指与空气或氧气混合后可燃烧的气体。常 用于焊接和切割的燃气主要有：乙炔（C2H2）、 丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、甲烷（CH4即天 然气）、氢气（H2）、煤气（CO+H2）和汽油 （CnH2n即烯烃+芳香烃）等。 欧洲标准EN730（1995）对可燃性气体、氧 气和压缩空气做了规定。等同标准为欧洲标准 EN730，相应的国际标准为ISO5175。 国标GB6819《溶解乙炔》，国标GB3863 《工业用气态氧》也分别对二者做了规定。
安全装置的安装 回火保护器可以安装在减压器或供气管路旁。
图9 回火保护器的位置
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图10 单个气瓶安全装置位置
4、气体软管
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气体软管（颜色标记）必须与气体类型匹配。 燃气软管为红色，助燃气软管为蓝色 (按GB/T 2251-1992焊接及气割用橡胶软管乙炔橡胶软管)。 氧气和非燃气软管工作压力为20bar(2MPa)， 乙炔软管工作压力为1.5bar(0.15MPa)。 我国标准为GB5107(焊接和切割用软管接头)、 GB2550(氧气胶管)、GB2551(乙炔胶管)。
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混 合 气 体 的 火 焰 温 度 及 其 效 率
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2.1氧气 空气中约21%的氧气（O2），把空气分解可 获得氧气，通过这种精馏可获得的氧气纯度至少 99.7%（体积百分比）。 氧气是一种无色、无嗅、无味的气体，其密 度为 1.43中kg/m3，比空气重。在稍微提高氧气含 量的情况下，燃烧反应的速度就比在空气中要进 行得快。当空气中的氧气浓度大约30%时，燃烧 过程中会出现爆炸危险。 在压力作用下，将氧气与油脂或油相接触， 便会发生自燃现象。
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3.2安全装置 回火：是由于混合气体在焊（割）嘴口的燃 烧速度大于混合气体从焊（割）炬的喷射速度， 是气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧。可以烧毁焊 （割）炬、管路甚至引起可燃气体贮罐爆炸。 主要原因： 氧气压力过大； 乙炔气供给量过小； 输送管不畅通； 焊（割）炬嘴孔有夹杂物堵塞； 焊（割）嘴温度过高； 焊（割）炬性能不良造成的。
哈尔滨焊接技术培训中心

Harbin Welding Training Institute
国际焊接工程师培训课程
Training Course for International Welding Engineer
火 焰 技 术
授课教师: 陈 军
国际焊接学会授权的培训机构 IIW Authorised Training Body
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氧气的储存 氧气是以气体状态和液体状态进行储存的。 通常，氧气以气态储存在压力气瓶中。
国内常用氧气瓶规格 工作压力MPa 气瓶容积L 30 15 40 55 ±2 6,000 质量kg 45±2 氧气量L 4,500
气瓶气体贮量公式 = 10×气瓶压力(MPa) ×气瓶容积(L）
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焊炬应根据焊件的厚度、大小及材料的种类 来选择。另外，填充焊丝也应视焊接材料作相应 的选择。
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乙炔的储存 乙炔瓶是存储和运输乙炔用的压力容器，采 用优质碳素钢或低合金钢板焊接而成。利用乙炔 能溶解于丙酮（CH3COCH3）的特性，采用装有 多孔填料的特殊钢瓶储存乙炔气体。 使用乙炔气瓶时不能放倒，避免丙酮流出。 瓶体温度不能超过30～40℃，温度升高会降低丙 酮对乙炔溶解度，而使瓶内乙炔压力急剧升高， 乙炔瓶使用时需全部打开，以避免漏气，瓶内气 体严禁用完，必须留有剩余压力。
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氧-乙炔火焰最高的火焰温度3200℃和火焰初 始功率（17.4KJ/cm2s），氧-丙烷火焰最高温度可 达2520 ℃ ，氧-丙烯火焰最高温度为2870 ℃ 。
C2H2+2.5O2=2CO2+H2O+52754KJ/mol C3H8+5O2=3CO2+4H2O+99227KJ/mol C3H6+4.5O2=3CO2+3H2O+93686KJ/mol
3、减压器和回火装置
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3.1减压器 减压器按国际标准ISO5171（焊接、分割及相 关工艺用减压器）执行。减压器的功能是将气瓶 压力降低到工作压力，并在供气期间使工作压力 保持不变。
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减压器是一种薄膜控制式阀门。当拧紧调节 螺钉时，通过调节弹簧、薄膜和压力顶针将扁螺 栓缓慢顶起，使阀门打开。
焊 接 涂 覆 切 割 校 型 材料改性
气体表面堆焊 火焰切割 (同种、异种材料) 火焰气刨 气焊 火焰钎焊堆覆 火焰开坡口 气压焊 （硬钎焊、软钎焊） 火焰表面清理 火焰钎焊 火焰喷涂 氧熔剂切割 火焰爆炸喷涂 火焰束技术 火焰磷化处理 火焰净化
火焰处理 热成型 (预热、后热) 火焰校正 火焰消除应力 火焰淬火
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乙炔气体燃烧分为两个阶段，以氧—乙炔火 焰为例，第一阶段在焰心的反应式： C2H2+O2=2CO+H2 反应形式典型的极为明亮的蓝色焰心，能产 生焊接所需要的燃烧强度。在这火焰外层，一次 反应生成的碳及氢与周围的大气中的氧气有形成 二次反应，即 2CO+H2+O2=2CO2+H2O
主要内容列表
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1、火焰技术分类 2、气体 3、减压器，回火装置 4、气体软管 5、焊炬 6、氧乙炔火焰 7、火焰技术应用
1、火焰技术分类
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DIN8522对火焰技术的应用进行了分类，见下表
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ISO14413(工作压力小于450bar的液态气体用橡胶 或塑料软管) ISO34113(工作压力最大为450bar的压缩气体和液 态气体的橡胶和塑料软管) EN1327(热塑性软管)，国际标准ISO12170，对热 塑性软管作了规定。 ISO8207(草)和EN1256对软管接头做了规定(气焊 设备、焊接、切割及相关方法设备软管接头的规 定)。
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气体软管应用注意事项
图11ห้องสมุดไป่ตู้软管接头
图13 软管通过通道
图12 软管放置
5、焊炬、割炬
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焊炬的作用是使燃气和助燃气在其内部相互 混合形成火焰，并保持气体混合比不变。混合气 体的流动速度要适合于火焰的燃烧速度。 焊炬的结构示意图如下：
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GB16912-1997氧气及相关气体安全技术规程
氧气气瓶不许与其它气瓶混放，不许与反应后 产生有毒物质的气体气瓶一起运输，不许用沾染油 脂的运输工具运输，气瓶必须按GB7144明确标识， 不准靠近热源、距明火至少10米，夏季严止曝晒、 冬季严止火烤，与气瓶连接的部件应使用铜基合金、 严禁接触油脂，焊接、切割时火源离气瓶至少10米 等。
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为了防止回火的发生，就必须在焊（割）炬 与乙炔发生器或者乙炔瓶之间增设一个回火防止 器。 回火保护装置必须能够： 阻止空气或氧气进入燃气管道； 阻止火焰击穿进入管道回路或压力气瓶； 当回火发生和火焰在火焰阻断部分燃烧时， 阻止燃气的供给（气体供给阻断）。
影响因素 温度上升 乙炔溶解度 下降 气瓶压力 上升 气体提取 上升
温度下降
上升
下降
下降
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多孔物质填充乙炔钢瓶，有两个作用： ——当火焰击穿时，保护钢瓶免受爆炸的危险； ——海绵似地吸入填充的溶剂。 重要的操作须知 乙炔气瓶不允许平放倒空（装 有高度多孔物质的乙炔气瓶例外）。 一个乙炔气瓶的最大供气量为1000 升/小时；当在长时间持续工作情况 下，供气量限制到 500升/小时 （15℃，1bar）。
乙炔的特性 乙炔是一种无色、无毒、可燃烧的气体，纯 乙炔稍微带有醚的气味。工业乙炔的臭味主要由 含少量磷化氢和硫化物杂质所引起。乙炔密度为 1.17kg/m3，因此比空气轻。乙炔能与铜及铜含量 超过70%的合金反应，也和银及银合金反应。 乙炔作为可燃气体和氧气共同使用，其火焰 温度、火焰效率与燃烧速度都比使用其它可燃气 体时高。
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单个气瓶保护装置原理
乙炔正常流向
氧气回流 回火防止器原理示意图
回火
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干式回火保护器 分为温度控制和压力 控制两种。 温度控制的回火防止 器中，轻微回火后，并不 中断可燃气体的继续流入； 当温度约为90~100℃时才 断开保险。保险断开以后， 气体回流阀不会自己打开。
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2.2乙炔的制取 焊接技术中所使用的乙炔由碳化钙（CaC2） 在乙炔发生器中与水相化合而产生。 理论上，1公斤碳化钙可制取347升乙炔，实 际每公斤碳化钙一般按制取300升乙炔来计算。 CaC2+2H2O=C2H2↑+Ca(OH)2↓
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在压力控制的回 火防止器中，附加装 入了一个气体回流闭 锁装置。当轻微回火 或压力稍微增加时， 不仅关闭气体回流阀 门，而且也断开了受 压力控制的回流闭锁 装置。当保险断开以 后，可以用一个手柄 再打开。
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射吸式焊炬结构及工作原理
以氧乙炔焊炬为例，在压力喷嘴部分，氧气以 2.5bar(0.25MPa) 的压力流过，由于它从压力喷嘴流出时具 有较高的流速，促使在射吸喷嘴的范围内产生一个射吸作 用。乙炔在射吸喷咀内以0.2-0.7bar之间(0.02-0.07MPa)的 压力流动，因射吸作用被氧气带入射吸喷嘴。氧气流和乙 炔流在射吸喷嘴相互混合，并以一定速度流出焊嘴。
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乙炔瓶内剩余压力与环境温度的关系
环境温度℃ 剩余压力 MPa/bar ＜0 0.05(0.5) 0~15 0.1(1) 15~25 0.2(2) 25~40 0.3(3)
丙酮对乙炔的溶解能力与压力和温度有关。 当压力升高时，乙炔的溶解度增大。随着温度的 升高，乙炔的溶解度下降。
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等压式焊炬 等压式是以相等或者相近的氧气和乙炔气有 各自的通道竟如混合室，按一定比例混合，再以 一定的流速经混合其他通道从焊嘴喷出，产生稳 定的焊接火焰。其构造简单，混合气体的流速高， 不易发生回火现象。只能使用中压或者瓶装高压 乙炔。