气割工艺参数及影响因素分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：气割工艺参数气割工艺参数主要包括割炬型号和切割氧压力、切割速度、预热火焰能率、割嘴与工件间的倾斜角、割嘴离工件表面的距离等。切割速度由操作者根据切口的后拖量自行掌握。图4-4-5 氧气纯度对气割时间和氧气消耗量的影响曲线1—对切割时间的影响 2—对氧气消耗量的影响在气割时，后拖量总是不可避免的，尤其气割厚板时更为显著。

气割所用的可燃气体主要有乙炔、天然气、丙烷、液化石油气等。

1.氧乙炔切割

（1）乙炔性质乙炔在纯氧中燃烧的火焰温度可达3100℃以上，是气割用燃气中温度最高的，使用最广。乙炔在常温常压下是无色无味的气体，着火点335℃；相对分子量26.038，标准状况下，密度1.16g/L，比空气轻；微溶于水，易溶于有机溶剂。乙炔燃烧的反应方程式见式（4-4-1）。

（2）气割工艺参数气割工艺参数主要包括割炬型号和切割氧压力、切割速度、预热火焰能率、割嘴与工件间的倾斜角、割嘴离工件表面的距离等。

1）割炬型号和切割氧压力：工件越厚，割炬型号、割嘴号码、氧气压力均应增大，氧气压力与割件厚度、割炬型号、割嘴号码的关系见表4-4-8。

2）切割氧压力：切割氧的压力不能过低，也不能过高。若切割氧压力过高，则使切口过宽，切割速度降低，不仅浪费氧气，同时还会使切口表面粗糙，还对割件产生强烈的冷却作用。当割件较薄时，切割氧压力可适当降低，但不能过低，若氧气压力过低，会使气割过程中的氧化反应减慢，切割产生的熔渣吹不掉，在切口背面形成难以清除的熔渣粘结物，甚至不能将工件割穿。

3）氧气纯度：除了切割氧压力的影响外，氧气的纯度对氧气消耗量、切口质量和切割速度也有很大影响。氧气纯度降低，会使金属氧化过程缓慢、切割速度降低，同时氧的消耗量增加。氧气纯度对气割时间和氧气消耗量的影响曲线，如图4-4-5为所示。在氧气纯度为97.5%～99.5%（体积分数）的范围内，氧气纯度每降低1%（体积分数）时，切割1m长的切口，气割时间将增加10%～15%；氧气消耗量将增加25%～35%。

氧气中的杂质如氮等在气割过程中会吸收热量，并在切口表面形成气体薄膜，阻碍金属燃烧，从而使切割速度下降和氧气消耗量增加，并使切口表面粗糙。气割用的氧气的纯度应尽可能地提高，一般要求在99.5%（体积分数）以上。若氧气的纯度降至95%（体积分数）以下，气割过程将很难进行。

4）切割速度：一般切割速度与工件的厚度和割嘴形式有关。工件越厚，切割速度越慢，反之，切割速度应提高。合适的切割速度既可以保证切口质量，又能降低氧气的消耗量。切割速度由操作者根据切口的后拖量自行掌握。所谓后拖量，是指在氧气切割的过程中，在切割面上的切割氧气流轨迹的始点与终点在水平方向上的距离，如图4-4-6所示。

图4-4-5 氧气纯度对气割时间和氧气消耗量的影响曲线

1—对切割时间的影响 2—对氧气消耗量的影响

在气割时，后拖量总是不可避免的，尤其气割厚板时更为显著。合适的切割速度，应以使切口产生的后拖量比较小为原则。若切割速度过慢，会使切口边缘不齐，甚至产生局部熔化现象，割后清渣也较困难；若切割速度过快，会造成后拖量过大，使切口不光洁，甚至造成割不透。

5）预热火焰能率：预热火焰的作用是把金属工件加热至金属在氧气中燃烧的温度，并始终保持这一温度，同时还使钢材表面的氧化皮剥离和熔化，便于切割氧流与金属接触。气割时，预热火焰应使用中性焰或轻微氧化焰。碳化焰会使切口边缘增碳，不宜采用。预热火焰能率的大小与工件的厚度有关，工件越厚，火焰能率应越大，但在气割时应防止火焰能率过大或过小的情况发生。如在气割厚钢板时，由于切割速度较慢，为防止切口上缘熔化，应相应使火焰能率降低；若此时火焰能率过大，会使切口上缘产生连续珠状钢粒，甚至熔化成圆角，同时造成切口背面粘附熔渣增多，影响切割质量。如在气割薄钢板时，因切割速度快，可相应增加火焰能率，但割嘴应离工件远些，并保持一定的倾斜角度；若此时火焰能率过小，使工件得不到足够的热量，就会使切割速度变慢，甚至使切割过程中断。

图4-4-6 后拖量示意图

6）割嘴与工件间的倾角：割嘴倾角应根据工件的厚度来确定。一般，切割厚度小于4mm的钢板时，割嘴后倾25°～45°；切割4～20mm厚的钢板时，割嘴后倾20°～30°；切割20～30mm厚的钢板时，割嘴则应垂直于工件；切割厚度大于30mm的钢板时，开始气割时应将割嘴前倾20°～30°，待割穿后再将割嘴垂直于工件进行切割，当快割完时，割嘴应逐渐向后倾斜20°～30°。割嘴与工件间的倾角，如图4-4-7所示。

图4-4-7 割嘴与工件间的倾角示意图

割嘴与工件间的倾角对切割速度和后拖量产生直接影响，如果倾角选择不当，不但不能提高切割速度，反而会增加氧气的消耗量，甚至造成气割困难。

7）割嘴离工件表面的距离：通常应使焰心尖端与工件表面的距离保持在3～5mm，在此条件下加热效率最高，工件渗碳的可能性最小。如果焰心触及工件表面，不仅会引起切口上缘熔化，还会使切口渗碳的可能性增加。

一般来说，切割薄板时，由于切割速度较快，火焰可以长些，割嘴离开工件表面的距离可以大些；切割厚板时，由于切割速度慢，为了防止切口上缘熔化，预热火焰应短些，割嘴离工件表面的距离可适当小些，这样可以保持切割氧流的挺直度和氧气的纯度，使切割质量得到提高。

氧-乙块气割割炬分为射吸式割炬和等压式割炬。射吸式割炬大多用于手工切割，切割低碳钢时的工艺参数见表4-4-8；等压式割炬大多用于机器切割，切割低碳钢时的工艺参数见表4-4-9。

表4-4-8 射吸式割炬切割工艺参数

表4-4-9 氧-乙炔等压式割炬（机器切割）切割低碳钢时和切割工艺参数

（3）安全注意事项

1）氧气瓶、乙炔瓶应分开放置在专用库房内，严禁在同一房间存放。存放库房必须保证空气畅通，气瓶不得接触油污。严禁和易燃物、易爆物混放在一起。

2）氧气瓶用黑色标注“氧气”字样，乙炔瓶用红色标注“乙炔”字样，严禁涂改。库房内满瓶和空瓶应分开堆放。

3）氧气瓶和乙炔瓶不得同车运输，运输前应旋紧瓶帽。应轻装轻卸，严禁抛、滑或碰击。

4）气瓶在存放或使用过程中，严禁靠近热源，乙炔瓶必须直立放置，不准横躺卧放，以防丙酮流出引起燃烧爆炸。

5）气瓶在使用过程中，两气瓶间距为5m以上，与明火间距为10m以上，使用中必须配备氧气瓶帽、防振圈、压力表、回火阀，使用现场要配备灭火器。

6）气瓶严禁抛掷或剧烈滚动，不得安放在可能产生火星的电气设备或热力管道附近。室外使用必须做好防晒防淋，严禁在太阳下暴晒。冬天使用气瓶冻结时，严禁用明火烘烤或用金属敲击瓶阀。

7）氧气、乙炔瓶着火时，应立即关闭瓶阀，使火自行熄灭，可用二氧化碳、干粉灭火器，不得使用水、泡沫或四氯化碳灭火器。氧气软管着火时，不得折弯软管断气，应迅速关闭氧气阀门，停止供氧；乙炔软管着火时，应先关气阀，可采取折弯前面一段软管的办法来灭火；使用中应随时观察气瓶、胶管有无漏气现象，并保持喷口畅通。

8）乙炔气瓶的使用压力不得超过0.147MPa，输气流速每瓶不得超过1.5m³/h。气瓶内的气体不得全部用尽，氧气瓶应留有0.2MPa的剩余压力；乙炔瓶必须留有不低于规定的剩余压力。

2.氧丙烷切割

（1）丙烷的性质丙烷分子中的碳与碳之间是饱和烃，其碳原子都是以单键相结合，化学性质比乙炔稳定，对温度、压力、冲击等外界条件敏感性低。丙烷的物理性质：常温常压下是无色无味的气体，着火点温度580℃；相对分子量是44.06，标准状况下，密度是1.85g/L，微溶于水，溶于乙醇、乙醚。丙烷与氧燃烧的化学反应式为

C₃H₈+5O₂==3CO₂+4H₂O+2221.5kJ/mol （4-4-7）

丙烷在纯氧中燃烧的火焰温度可达2850℃以上，火焰比较柔和，体积发热量比乙炔大。丙烷的燃烧热值（标准状态）：高热值101266kJ/m³，低热值93240kJ/m³。丙烷燃烧速度在纯氧中为2m/s、在空气中为1.5m/s。

（2）切割工艺参数氧-丙烷切割与氧乙炔切割相似。氧丙烷切割的割炬也分为射吸式割炬和等压式割炬，射吸式割炬大多用于手工切割，其主要切割工艺参数见表4-4-10；等压式割炬大多用于机器切割，其主要切割工艺参数见表4-4-11。

表4-4-10 氧-丙烷射吸式割炬手工切割的切割工艺参数