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气割原理及特点分析

【摘要】:切割的实质是被切割的材料在氧气中燃烧的过程,并且与借助切割氧的流动而排除熔渣的物理过程相结合。目前最常见的气体火焰切割是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷切割。2)金属的燃点比熔点低,否则不能实现氧气切割而变成熔化切割。铝材虽然氧化反应热很高,但是其氧化物的熔点远高于铝的熔点,并且材料燃点与熔点接近,也属于不可气割的金属。表8-2 常见金属及其氧化物的熔点、燃烧热及其气割性

气割,也称燃气切割或火焰切割,切割过程如图8-1a所示。气割时,首先利用气体火焰的热量将金属工件预热到材料的燃点,即材料在氧气流中燃烧的温度,然后喷出高纯度、高流速的氧气流,使工件在氧气氛围中燃烧生成氧化物熔渣,同时放出大量的热量,借助燃烧热和熔渣不断地加热下层材料和切口边缘使之也达到燃点,直至工件的底部。同时,割嘴吹出的高速氧气流把氧化物熔渣吹掉,从而形成切口将材料分离。切割的实质是被切割的材料在氧气中燃烧的过程,并且与借助切割氧的流动而排除熔渣的物理过程相结合。目前最常见的气体火焰切割是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷切割。

并非所有的金属都可以采用气割的方法进行加工,只有满足如下条件的金属才能顺利实现气割:

1)金属能与氧气发生剧烈的燃烧反应并放出足够的反应热,气体切割低碳钢时所需的热量中,由金属燃烧所产生的热量约占70%,预热火焰供给的热量仅占30%。

2)金属的燃点比熔点低,否则不能实现氧气切割而变成熔化切割。如果燃点高于熔点,金属在燃烧前已经熔化,切口质量很差。

3)燃烧形成熔渣的熔点比金属熔点低,且流动性好。如果氧化物熔点高于金属熔点,则形成的氧化物熔渣比液体金属先凝固,会阻碍下层金属与氧气的接触,使切割过程难以持续。

4)金属的热导率不能太高,否则预热火焰热量和燃烧反应热会迅速散失,使得切割过程难以保持。

常见金属及其氧化物的熔点、燃烧热及其气割性见表8-2。一般碳素结构钢的主要成分是铁,虽然铁的熔点接近铁氧化物的熔点,但是它的氧化反应热较大,而且氧化物熔渣黏度低,流动性很好,很容易被切割氧气流吹除。高碳钢、高铬钢、镍铬不锈钢等材料很难直接进行气割,这是因为这些材料中合金氧化物的熔点要高于材料本身的熔点,铸铁中硅氧化物的黏度很大也很难直接进行气割。铝材虽然氧化反应热很高,但是其氧化物的熔点远高于铝的熔点,并且材料燃点与熔点接近,也属于不可气割的金属。

目前气割技术在工业应用的主要对象是各种碳钢和低合金钢的结构件,当切割淬火倾向大的高碳钢和强度级别高的低合金高强钢时,应采用加强预热和放慢切割速度等措施,避免切口形成淬硬组织或裂纹的产生。

8-2 常见金属及其氧化物的熔点燃烧热及其气割性

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