热切割及坡义口准备方法.ppt

《热切割及坡义口准备方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热切割及坡义口准备方法.ppt（101页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、主要内容列表,1、热切割方法分类 2、火焰切割 3、火焰切割质量技术要求 4、坡口准备加工 5、等离子切割 6、激光切割 7、金属粉火焰切割和火焰钻孔 8、气体放电热切割 9、水射流切割 10、劳动保护说明,热切割是利用集中热源使材料分离的方法。 热切割工艺可以按照切割过程的物理过程、机械化程度和能源类型进行分类。 按物理过程分类可以分： 火焰燃烧切割、熔化切割和升华切割 按机械化程度分类可以： 手工、半机械化、全机械化和自动化切割 按能源的分类方式见下图：,1、热切割方法分类,2、火焰切割,火焰切割是一种热切割方法，它除了用于生产下料外，还广泛用于焊接坡口的制备。对于板厚在3-300mm范围

2、内的碳钢和低合金钢，切割质量最好的热切割方法是火焰切割。能量的消耗最小，较大部分热量是通过氧与所切割钢的放热反应产生的。 作为材料预热的热源，氧乙炔火焰优先达到材料的燃烧温度。氧乙炔火焰是具有最高火焰温度及火焰效率的火焰。在切割过程中，氧乙炔焰可将被切割的母材迅速地加热到必要的燃烧温度。高效切割嘴能达到快速切割的目的。,2.1火焰切割原理 火焰切割是利用氧气与燃烧气体混合后燃烧产生的热能将局部金属预热到燃点，然后借助于喷出的高速氧气流使金属剧烈燃烧，反应过程向深度和移动方向进行，所产生的氧化物和熔融金属混合后被切割氧气流吹出并产生割口。 切割过程实际: 金属在氧气中剧烈燃烧反应的过程。,2.2

3、金属材料的切割性 金属材料能够使用火焰切割必须满足： 1）金属必须能够在氧气中燃烧； 2）金属材料的燃点低于熔点（含碳量0.25%的钢材燃点为1250，熔点为1500）； 3）金属氧化物的熔点低于金属的熔点； 4）金属氧化物必须呈稀液状； 5）金属燃烧所放出热量必须能使燃烧反应继续进行； 6）金属的导热性尽可能小。,火焰切割性,冷切割是不加热、不发生火花、不打磨、没有震动、不向材料加应力的材料分离工艺，主要保证爆炸物或者石油化学管道没有爆炸危险。,材料的火焰切割性与碳当量有关，碳当量大于0.4时，火焰切割前必须预热。当碳当量大于1时，材料不具备切割性。,不同燃烧气体的特性,混合气体的 火焰温度

4、和 燃烧速度与 混合比关系,2.3火焰切割设备 切割设备分为：手工切割和机械化切割，主要区别在于设备费用投入和切割质量上。 火焰切割可实现的切割面有：垂直面或斜面。 1）手工割矩,2）切割嘴 割嘴须与割炬相配合，它的尺寸根据切割厚度确定。切割嘴有下列类型：环型割嘴、间隙割嘴、单元割嘴及混合割嘴。 环型割嘴（两部分） 环型割嘴是由切割嘴 和外围的加热嘴构成。加 热火焰从环型间隙喷出并 切割集中在中间。,间隙割嘴（两部分） 与环型割嘴相比，间隙割嘴具有高的切割效率和好的切割净度。借助圆锥状的加热和切割的配合，保证了加热火焰与切割嘴氧气束的最佳配合。,单元割嘴（一部分） 单元割嘴是由能保证加热火焰和

5、切割氧气束最佳配合的组件构成。,混合割嘴 对于慢燃烧气体，此割嘴由切割和加热嘴构成，其它的由一部分构成。在较高热载情况下，比如像多边截面，用此嘴具有优越性。 割嘴的型号（JB/T7950 快速割嘴） 快速割嘴由其割嘴切割氧孔道的喉部直径来决定，各个规格号与相对应的喉部直径见下表：,3）机械化切割设备 分为半机械化、全机械化以及自动化切割设备三类。,半自动切割圆弧,3、火焰切割质量技术要求,ISO 9013：2000 热切割-热切割分类-产品几何尺寸及质量公差 标准适用于采用 氧燃气火焰切割、等离子切割以及激光切割的材料，使用范围分为火焰切割自3mm-300mm、等离子切割自1mm-150mm、

6、激光切割自0.5mm-40mm。 3.1 定义 按ISO 9013标准切割面的质量由： a 直角和斜角误差u c 后拖量n b 平均粗糙度Rz5 d 边缘熔化度r,1割炬 2割嘴 3切割束流 4割口 5切割起点 6切割终点 a工件厚度 b割嘴距离 c前进方向 d割口宽度 e切割厚度 f割口宽度 g底部割口宽度 h切割方向,1割口上边缘 2割口表面 3割口下边缘 a工件厚度 b割口厚度 c钝边厚度 d切割厚 割炬倾角 割口倾角,切割面的质量等级将采用下列参数进行分等： 直角和斜角误差u（见表4） 平均粗糙度RZ5（见表4） 以下参数以目视进行判断： 后拖量（见表4） 边缘熔化度r（见表4）,此外

7、还有垂直度，即指实际切断面与被切割表面的垂线之间的最大偏差。 在测量直角和斜角误差u 时，应按下图 将测定范围先确定下来，即切割面上下缘的a 去除。,表5 不同切割厚度a的a值,3.2 切割面的质量分级 关于切割面的质量等级将采用直角和斜角误差u和平均粗糙度RZ5进行分等。 直角和斜角误差u 平均粗糙度Rz5,直角和斜角误差u,平均粗糙度Rz5,3.3 工件尺寸偏差 工件尺寸偏差是指工件基本尺寸（或称名义尺寸）与切割后的实际尺寸之差值。 工件尺寸偏差分为1、2两个等级，具体见ISO9013标准。,符号： 氧火焰切割 等离子切割 激光切割 几种切割方法切割质量（直角和斜角误差）,3.4 不同切割

8、方法的质量等级,符号： 氧火焰切割 等离子切割 激光切割 几种切割方法切割质量（平均粗糙度）,3.5 切割面质量标记举例 例1： 按ISO 9013标准，u为区域2，RZ5为区域3。 工件尺寸偏差为1级 例2：文字描述 ISO 9013-342 按ISO 9013标准，u为区域3，RZ5为区域4， 工件尺寸偏差为2级。,3.6 火焰切割质量的影响因素 影响火焰切割质量的影响因素主要包括： 气体（压力、流量、混合比、纯度、类型和温度等） 割嘴（结构、寿命和切割角度等） 机械装置（机器结构、寿命和切割速度等） 切割材料（化学成分、厚度和尺寸精度等） 操作者的技术水平和经验程度,合金元素对切割质量的

9、影响 1）碳的影响 当w(C)0.5%时，火焰切割过程就会显著地变坏；当w(C) 1.0%-1.2%时，无法进行正常的火焰切割。 2）锰的影响 当锰含量很大时，切割过程会大大困难；而w(Mn) 14%时，切割过程将无法进行；当w(Mn) 0.8%和w(Mn) 0.3%时，金属硬化倾向增高，使接近切割边缘的硬度和脆性都将增高。 3）硅的影响 金属中含有一般数量的硅，对切割过程没有明显的影响。当硅含量增加时，形成难熔的SiO2使熔渣的粘度增加，切割过程变得困难，当硅含量很高时，切割过程不能进行。,4）铬的影响 金属中含有少量铬时w(Cr) 4%5%，只是在切割过程中熔渣粘度增加；当铬含量很大时，由

10、于形成大量难熔的Cr2O3，已不能用普通的火焰切割方法进行切割。 5）镍的影响 金属中w(Ni)到7%时，对切割过程影响不大；当w(Ni)高到34%时，切割过程开始变坏。 6）钼的影响 金属中w(Mo) 0.25%时，对切割过程没有影响，但切割边缘硬度增高。 7）钨的影响 当w(W)接近10%时，使切割过程受到影响；当w(W)达到20%时，切割过程变得困难；当w(W) 20%时，不能进行气割。钨的含量还将引起切口边缘处的硬度大大提高。,4.1 ISO 9692,4、焊接坡口加工,第1部分：钢的焊条电弧焊、气体保护焊、气焊、TIG焊及高能束焊 第2部分：钢的埋弧焊 第3部分：铝及其合金的熔化极气

11、体保护焊和TIG焊 第4部分：复合钢板,ISO 9692 焊接及相关工艺推荐的焊接坡口 ISO 2553 焊接、硬钎焊及软钎焊接头图样上的符号表示法 GB/T 324:2008 焊缝符号表示方法 (译自ISO 2553) ISO 4063 焊接及相关工艺方法代号 ISO 6947 焊缝工作位置倾角和转角定义,4.2 焊接坡口 根据设计或工艺要求，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽，叫坡口。坡口是主要为了焊接工件，保证接头的强度，可以采用机加工方法加工或者火焰切割。 作用： （1）使热源（电弧或火焰）能够进入焊缝根部，保证根部焊透； （2）便于操作和清理焊渣； （3）调整焊缝成型系数

12、，获得较好焊缝成型 （4）调节基本金属与填充金属的比例。,4.3 焊接坡口选择原则 为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。坡口的选择，主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时，应注意以下问题： （1）尽量减少填充金属量； （2）坡口形状容易加工； （3）便于焊工操作和清渣； （4）焊后应力和变形尽可能小。 焊接接头坡口加工质量对焊接过程有很大影响，应符合图纸或技术条件要求。,V、U、X型坡口的比较,焊接接头的破口一般使用机械加工或者热切割工艺加工。根据切割形式可以分为：垂面直线切割、斜面直线切割、曲线和曲面切割。 焊接接头的坡口形式：I 型、K型、 U型、 V型、 X型、 Y型,

13、4.4 焊接坡口的制备 焊接接头的坡口加工方法分为：机械加工和热切割工艺。热切割工艺根据切割形式可以分为垂面直线切割、斜面直线切割、曲线和曲面切割。 坡口的加工方法应根据焊件的尺寸、形状、数量、加工设备以及工作条件等因素来确定。,（1）切割：用氧一乙快火焰手工切割或自动切割机切割加工成 I 形、V形、X形和K形坡口。 （2）碳弧气刨：主要用于清理焊根时的开槽，效率较高、劳动条件较差。,热切割工艺,（1）剪边：以剪板机剪切加工，常用于I形坡口，一般16mm厚以下； （2）刨边：刨床或刨边机加工，常用于板件加工，适用于较长坡口； （3）车削：车床或车管机加工，适用于管子加工； （4）锯削：锯床加工

14、，适用较短坡口加工； （5）铲削或磨削：手工或风动、电动工具铲削或用砂轮机（或角向磨光机）磨削加工，效率低，多用于焊接缺陷返修部位的开槽； （6）坡口加工机：便携式（手持式）、中型台式、大型床式等。,机械加工,4.5 焊接接头坡口举例,热 切 割： 火焰（割炬，自动或半自动、数控切割机）、等离子、激光器 机械加工： 剪边（剪板机）、锯边（锯床）、刨边（刨床或刨边机）、冲压（磨切）,5、等离子切割,等离子切割是一种熔化切割，在切割过程中母材被等离子束熔化，并被吹成切槽。 目前，还使用氧化性气体作为切割气体以及气体加上水流喷射用于切割。而这两种切割方法中被压缩的等离子弧来自等离子电源。 等离子切割

15、可以用于所有可熔化的材料，包括高合金钢、铝及其合金、铜及其合金等。 根据原理不同等离子切割可分为： 非转移弧等离子切割 转移弧等离子切割 二次气体等离子切割 水流束等离子切割,根据使用气体不同可分为： 空气切割等离子切割 氧气等离子切割 氮气等离子切割 氩气-氢气等离子切割 水射流等离子切割等,等离子切割气体应用举例 氩气+氢气 切割高合金钢、有色金属（铝合 金、钛、钼等） 氮气 切割高合金钢、铝、钛、铜 氧气 切割结构钢 压缩空气 切割结构钢、铬镍钢 氩气+氮气 切割铬镍钢 氩气+氮气+氢气 切割铬镍钢 二氧化碳 切割高合金钢,切割气体特性,等离子切割参数,6、激光切割,激光切割包括：激光氧

16、化切割、激光熔化切割和激光升华切割。 激光是理想的光源，具有单色相关性的特点。对于材料加工，采用CO2激光器。激光通过凸透镜，使激光束聚焦到工件表面，激光束的斑点直径为0.1-0.2mm。 根据切割对象的不同，可以使用氧气、氮气、氩气、氦气或压缩空气切割，而氧气使受激光束加热的材料燃烧。激光切割的特点是有较高的切割功率和切割质量。,1）激光氧化切割 被切割材料被迅速加热到熔点以上，然后吹入纯氧或压缩空气，使氧与金属发生激烈的氧化反应放出大量的热，加热下一层的金属，金属继续被氧化并借助气体压力将金属氧化物从切口中吹掉。 2）激光熔化切割 切割时使材料被迅速加热到熔点以上，然后借助于喷射惰性气体将

17、熔化的金属材料从切口中吹掉。,3）激光升华切割 当激光束照射时，被切割材料被迅速加热气化并以蒸发的形式有切割区逸散掉。,激光器分类,按工作物质性质分： 气体激光器、固体激光器、液体激光器； 按工作方式区分： 连续型激光器和脉冲型激光器； 按能量输出分： 大功率激光器和小功率激光器。,对于焊接和切割等材料加工，主要采用CO2激光器，激光气是由45%CO2、13.5% N2和82% He组成的混合气体。 激光切割参数,使用激光可切割金属材料、塑料、木材和陶瓷材料,7、金属粉火焰切割和火焰钻孔,1）金属粉末切割 金属粉末切割是向反应部位送进金属粉末的火焰切割。通过金属粉末的燃烧所产生的附加热量以及所

18、生成的金属氧化物使得切割熔渣相当稀薄，从而能够用切割氧束流易于将熔渣吹走。 金属粉末切割可以用于有色金属、铸铁、高合金钢和混凝土的切割。,2） 火焰钻孔 火焰钻孔是用氧矛在矿石或金属材料内钻孔，它是一种热钻孔法。 在矿石材料中，氧矛燃烧所产生得金属氧化物在接触矿石时将粘性得矿石熔融物在形成硅酸盐得情况下，转变为一种稀薄得熔渣（熔岩），然后用氧束流将此熔渣吹出。,8、气体放电热切割,1）电弧氧气切割 电弧-氧气切割是利用电弧和切割纯氧进行切割的热切割方法。 电弧-氧气切割时，电极采用特制的空心焊条，焊条的药皮起稳定电弧和增大熔化金属流动性的作用。电弧在空心电极与工件之间燃烧，由电弧和材料燃烧产生

19、的热量使材料和切割氧产生连续燃烧反应，反应向厚度和加工方向进行，产生的氧化物和熔融物被切割氧吹出，形成割口。,2）碳弧切割 碳弧切割一种利用电弧和压缩空气在材料表面进行切割的热切割方法。碳弧气刨时，电弧在碳（石墨）电极与工件之间燃烧，由电弧和材料燃烧产生的热量使材料熔化，并与空气产生连续燃烧反应，反应向厚度和加工方向进行，压缩空气从割炬喷气孔喷出，并沿碳棒侧面或四周喷向电弧在工件上的燃着点，吹除熔化金属和熔渣，形成切口。 3）碳弧气刨（原理与碳弧切割相同）,电弧-氧气切割参数,电弧压缩空气切割参数,电弧气割适用范围及特点 （1）在清除焊缝缺陷和清理焊根时，能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度

20、，生产效率高，同时可对缺陷进行修复。 （2）可用来加工焊缝坡口，特别适用于开U型坡口； （3）使用方便，操作灵活； （4）可进行全位置操作。可以清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷；,（5）加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割； （6）设备、工具简单，操作使用安全； （7）碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。,电弧切割的安全操作 电弧切割应遵守手工电弧焊的施工安全操作规定，然后还应注意以下几点： （1）电弧切割时电流较大，要防止焊机过载发热； （2）电弧切割时烟尘大，操作者应佩戴送风

21、式面罩。作业场地必须采取排烟除尘措施，加强通风； （3）电弧切割时大量高温液态金属及氧化物从电弧下被吹出，应防止烫伤和火灾； （4）电弧切割时噪声较大，操作者应戴耳塞。,9、水射流切割,1）工作原理 水射流切割是将水增至超高压100-400MPa，经节流小孔（0.15-0.4mm），使水压热能转变为射流动能（流速达900mm/s），用这种高速密集的水射流进行切割。 磨料水射流切割则是再往水射流中混入磨料粒子，经混合管形成磨料射流进行切割。在磨料射流中，水射流作为载体使磨料粒子加速，由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较之水射流其射流动能更大，切割效能更强。,2）特点： （1）无切割方向限制，完成

22、各种异形加工； （2）在工件上所产生的侧向力极小，可降低设定时间及节省使用夹具成本； （3）加工不会产生热变形，不需二次加工，可节省时间及制造成本； （4）加工切割速度快，效率高，加工成本低。 （5）水射流切割无尘、无味、无毒、无火花、振动小、噪声低。可以切割各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等。,3）优点： （1）可以轻松地切割不锈钢板或坚硬的大理石、花岗岩等，对那些因其他方法难以切割的材料如芳纶、钛合金等各种复合材料更是非常理想或唯一的加工手段。 （2）切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄的材料。一般而言，纯水切割其切口约为0.1mm-1.1mm

23、，加砂切割其切口约0.8mm-1.8mm之间。随着砂喷嘴内孔直径扩大其切口也就愈大。 （3）可作全方位切割，包括各种形状、角度或斜度； （4）不需要进行磨边等二次加工，在切割过程中还可以减少飞尘，改善工作环境。,水射流切割参数,10、劳动保护说明,人身安全防护 对于所有的热切割方法的人身安全防护措施应按照职业联合会的事故预防规程的规定。 触电危险 参见事故预防规程UVV-VBG15“焊接，切割及相关的生产方法”。 火焰切割 可燃气体和氧气的使用时，关于压力容器、压缩气体容器和填充设备的使用参见： TRG 压缩气体技术规程 TRB 压力容器技术规程,关于乙炔气体设备和电石贮存使用参见： TRAC

24、 液化气技术规程 TRF 液化气技术规程 UVV-VBG G1 气体 UVV-VBG G2 氧气 激光切割： 激光用气体的使用参看气体火焰切割部分。 根据DIN58215的要求，特殊的保护措施为激光保护滤色镜或激光保护镜。 激光的事故预防规程参见UVV-VBG93“激光”。,等离子切割： 由于有硝酸物产生等离子切割时应特别注意排烟和通入新鲜空气。 等离子气的使用参看火焰切割。 等离子切割的劳动保护取决于设备使用的电流强度、金属粉尘的量、氧化氮的含量。 关于水槽和除尘参见事故预防规程UVV-VBG15“焊接，切割及相关的生产方法”中的表2。 关于噪音防护参见事故预防规程,总 结 主要讲述了热切割方法分类、火焰切割技术及其切割质量技术要求、焊接坡口准备加工方法，简单介绍了等离子切割、激光切割、金属粉火焰切割和火焰钻孔、气体放电热切割、水射流切割等几种切割技术方法的原理、特点和应用，最后介绍了劳动保护和安全的重要性。,