切割工艺

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图3.61中概述。

元素元素在氧气切割中的影响

碳含碳量低于0.25%的钢切割没有难度。含碳量更高的碳钢应该预热以防止硬化或裂纹。

石墨和碳化铁不利于切割，但含有4%碳的铸铁可以用特殊的技术切割。

锰含有14%锰及1.5%碳的钢是难以切割的，应该预热以期最好的效果。

硅通常含量的硅对切割是无影响的。含有4%硅的变压器铁蕊也可切割。含有大量碳和锰的硅钢必须进行预热和切割后退火以防止空气硬化和表面裂纹。

铬含铬量低于5%的钢当表面清洁时切割没有太大的难度。如含铬10%的高铬钢需要特殊技术，并且当使用通常氧气乙炔切割工艺时切口粗糙。总的来说，在切割这种钢时，

要用碳化焰预热。药剂注入和铁粉切割工艺可以在通常整齐的铬钢铁以及不锈钢上容

易地切割。

镍含镍量低于3%的钢可以用普通的氧气切割工艺；含镍量低于7%时，切口也非常满意。

用药剂注入或铁粉切割工艺可以在通常的不锈钢（18－8到大约上限为35－15）的工

程合金上得到高质量的切割。

钼这种元素对切割的影响与铬基本相同。制造飞机用的铬－钼钢可以毫无困难的切割。

然而高钼－钨钢可能只能用特殊技术来切割。

钨通常含钨量低于14%的合金可以非常容易地切割。但更高含量的钨合金切割是困难的。

最大钨含量限度约为20%

铜含铜量低于2%的合金，铜对切割是没有影响的。

铝除非大量的存在（大约10%），否则铝对切割没有什么影响。

磷该元素以钢中所规定的量存在时，对切割没有影响。

硫如在钢中存在的小量的硫，对切割没有影响。随着含量的上升，切割速率会降低，需注意二氧化硫烟雾。

钒通常在钢中存在的钒量，是改善切割，而不是影响切割。

图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