氧乙炔焊接法气焊

氧乙炔焊接法（气焊）

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1.气焊之原理与设备

热能——是焊接过程中必备的条件，已知焊接热能分列有：电磁能，化学能，机械能，结晶能等等；而气焊则屈于化学能式的焊接法。

气焊（Gas-Welding）——是将可燃性气体与助燃气体自容器中引导出，经焊炬(Torch)混合后，经由焊炬火口处点燃成高温火焰，并对焊件加热的一种焊接方法，使用的可燃性气体有乙炔（Acetylene,C2H2，电石气），丙烷（Propane，C3H8，煤气），甲烷（Methane,CH4），氢（Hydrogen,H2）等，但目前以乙炔为最常用；助燃气体则为氧气(Oxygen，O2)。

1-1.气体供应设备：

目前氧气与乙炔或其他气体皆压缩储存于钢制容器内，而高压氧气通常以压缩气体形态充填在无缝钢瓶内，则瓶内压力于21℃时约为150kg/cm2，瓶身多半漆成黑色或绿色，并注明内部容积，重量，试验压力及制造日期；瓶口及瓶阀皆以铜合金制成。乙炔是由碳化钙（电石，公元1862年德国化学家由碳化钙取得乙炔气；公元1892年Willson Aluminium Co.,正式生产碳化钙；公元1900年法国Fouche 发明气焊炬，利用碳化钙所生产的乙炔气与氧气混合燃烧来焊接金属材料），在水中或空气中起作用所产生之可燃性气体；早期获得的乙炔气是将碳化钙置于一挂篮中，然后悬吊于储气筒的内顶，再将整个储气筒放入水槽中，这时碳化钙在储气筒内与水起化学作用并产生乙炔气，然后经导管送出（CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH2)）；这种装置在1960年代一般工业界甚为广用，但由于常生爆炸且危险，现今已为乙炔钢瓶所取代。而装在钢瓶内的乙炔也是属于溶解式乙炔，因乙炔能溶解在水或其他液体中，液体不同，溶解量也不同。常见者如在1大气压下能溶解在水中约一倍的乙炔，在丙酮（Acetone,C2H6O）中就能溶解约25倍；乙炔钢瓶内通常加入木炭粉，石棉等多孔性物质使其吸收足以溶解乙炔的丙酮。通常乙炔钢瓶内充气压力约在15kg/cm2，外表漆以黄褐色，钢瓶肩部装有安全塞。另由于乙炔和铜长时间接触，会在铜表面产生易爆的同素导性体，因此如果留意观察的话，会发觉在乙炔钢瓶口的瓶阀材料是由钢铁材料塑成，而非如同氧气钢瓶的铜制阀。

1-2.焊炬（Torch）——其主要功能是将氧，乙炔引导入其内加以混合，并调整适当的气体流量至焊炬火口处引燃火焰以利施焊的器具。一般焊炬依使用场合不同可分为大，中，小型三种，其中混合室可分为射吸式（Injector Type）与中压式（Positive Pressure Type）；射吸式混合室在其中有一细腰文式管（Venturi Tube）氧气由其中高压通过造成其旁边乙炔气孔的降压，而吸引出乙炔气至混合室内与氧气共同流至火口。中压式混合室其氧气与乙炔气则以相同的流量等压进入混合室，经混合后再流至火口。

1-3.火口（火嘴，Tip）——火口在焊炬前端处，由于长时间的火焰燃烧受热，所以必须以导热性良好的材料制成；通常此材料都选用紫铜亦或铜合金；而火口型式又有两种，①整体式，即与混合室连成一体的吹管，欧美式的焊炬以此款居多。②分离式，焊炬前端有一火口且以螺牙与焊炬吹管结合，更换火口时，则将其拆除换上另一火口即可，日本式与国内常用焊炬主要为此型火口。

1-4.压力调整器(Regulator)——装在钢瓶内的氧，乙炔气，由于压力太高，无法供焊接使用，因此必须借助压力调整器（俗称：减压器）将瓶内输出的气体调降至适当的施焊压力。

压力调整器装置基本构造是由一瓶压指示表，工作压力指示表，压力调整旋钮，气瓶接头，橡皮管接头等所组合而成。若依调整装置内部构造可分为单段式（Single-Stage）与双极式（Two-Stage）两种；在单段式中，钢瓶经过一次降压后即可得到施焊压力，但在焊接中由于瓶压逐渐消耗降低，所以单段式调整器也须再调整至适当的施焊压力。另在双极式中，第一段进气功用是将瓶压降至约30kg/cm2的中压，再经第二段降压至适当的施焊压力。

1-5.橡胶管（Gas-Hose）——主要乃连接气体至焊炬的导管，必须具耐高压特性，橡胶管内径之采用则依焊炬大小而异。为便于识别，氧气管为绿色或黑色，而其接头螺帽为右螺纹；乙炔气管为红色，而接头螺帽则为左螺纹，外围并且轻车销一沟槽。

1-6.回火防止器（Check-Valve）——气焊施焊时，由于操作不良，造成火口堵塞或其他情形，这极易造成逆回现象，如为防止此情事发生，则多以单向止回阀连接于焊炬后端之进气口处，使气体形成单向的流动，以免因回火而产生意外。

1-7.火口通针（Tip-Cleaner）——为一组粗细各异的细径钢线组合成套，此用来清除火口内附着的焊渣或其他碳化物，在执行清除火口时应将火口朝上放置于固定位置，同时旋开氧气阀，并以略小于火口孔径的通针垂直通入孔内清除。

1-8.其他配件（Accessories）——护目镜、打火器、气体钢瓶把手、焊炬/火口固定扳手、皮手套、钢刷、工作台、火钳、夹治具等等。

2.火焰之调整：

氧乙炔气焊的火焰主要在供给施焊时所需要的热能，虽氢、丙烷或其他可燃气亦可供焊接使用，但由于这些气体与氧气混合后的燃烧热值温度最高约2700℃，因此目前工业界仍采用乙炔气为主。（至于环保政策下的约束使用，则依需求议定。）

氧气乙炔气混合后燃烧时的火焰，是在进行极尽剧烈的氧化反应，其完全燃烧的化学反应方程如下：C2H2+→2CO2+H2O+热

由上列化学反应方程式得知：

一个体积的乙炔气，需要获得个体积的氧气，其比为1：，然而焊炬所提供的乙炔气与氧气流量的混合比是1：1-1：之间，其余将近体积的氧气，是由空气中所供给；因此，火口初喷流出的气体，最初开始燃烧的化学反应式为：

2-1.依氧乙炔火焰燃烧后的化学反应式可区分为两个阶段：

A．第一阶段燃烧焰—经由焊炬中氧气与乙炔气在混合后，经火口点燃而在内焰处燃烧产生一氧化碳以及乙炔气残留的氢气，火焰颜色呈现为蓝色，在这区域内之火焰谓之还原性火焰，温度最高，化学反应式如下：

C2H2+O2→2CO+H2+热

B．第二阶段燃烧焰—第一阶段燃烧后产生的一氧化碳（CO）及氢气（H2）仍为可燃性气体，此两种气体在火焰外围与大气中的氧气形成第二阶段完全燃烧，火焰颜色呈淡红色，由此我们得知，氧乙炔气焊进行时应在通风良好的地方进行，以免大气中的氧气因工作环境的狭窄而缺乏；经二次燃烧后产生的二氧化碳与水蒸汽，其化学反应式如下：

4CO+2H2+3O2→4O2+2H2O+热

2-2.一位气焊操作人员在施于氧乙炔焊接时，通常会面临调出六种的基本火焰特性，兹解说如下：

A．纯乙炔焰—焊炬中的氧、乙炔此两种气体，仅有乙炔气流出火口而氧气关闭，然后纯粹利用空气中的氧气来与乙炔气燃烧，其产生的火焰由接近火口处为黄色至外焰区时渐变为橘红色，同时还冒出黑烟，此种火焰温度约800℃左右，不适合焊接。

B．碳化焰—当纯乙炔焰产生后，立即开启焊炬上的氧气阀，使氧气逐渐加入纯乙炔中，火焰会立即由橘红色变成外焰呈淡蓝色而内焰则转为明亮白色；此种火焰温度约为2800℃，由于温度尚不是很高，通常用于软焊、硬焊或铝焊、及钢材之表面硬化热处理。

C．还原焰—已形成的碳化焰，其乙炔量稍多于氧气量，若再逐渐调整增加氧气流量，使氧气与乙炔量的比例接近于1：1，外焰仍呈淡蓝色，此时明亮白色内焰会逐渐缩短，此火焰温度约为3050℃，通常用于焊镍铬钢、镍铬钼钢或不锈钢等。

D．中性焰—由还原焰再增加氧气量至与乙炔的比例约为：1，此鉴识方法，可由还原焰徐徐的增加氧气量，直到白色内焰缩短成焰心后即保持焰心的原状而不再继续加氧气去缩短之刹那，即属中性焰，此特性为焰心呈明亮白色，该火焰有清晰的内外层，此种火焰温度约为3200℃，在焊接使用上为最广泛，通常焊接碳钢类即采用此火焰，因其金属熔池甚为清晰可见，无火星喷溅，且有良好的铁水流动性。

E．氧化焰—火焰转为中性焰属乙炔少于氧气，焰芯已不再缩短，如再增加氧气流量，焰芯会呈现尖锥形，外焰随着缩短，混合比将会是1：～左右，火焰颜色由蓝色为淡蓝色，因氧气流量加大缘故，此时的氧化焰会发出咝咝的响声，火焰温度亦高达约3500℃，通常用于焊接钢板对接渗透第一道焊道，不适合平面填料焊接，因温度过高金属熔池起泡沸腾并产生许多火花。此火焰应用于焊厚钢件及钢板切割用，其他场合极少用。

F．分离焰—引燃火焰时，因乙炔气流量开启过大，即产生火焰焰芯喷离火口端，且火焰会有刺耳咝咝声响，此种火焰不能施焊，应立即减少乙炔气流量，同时加多氧气流量，直到焰芯与火口端接合，并调适到合用之火焰。