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第1章概述切割是焊接生产备料工序的重要加工方法，包括冷、热两类切割，而热切割又有气体火焰切割、电弧切割、等离子弧切割和激光切割等各种工艺方法。目前各种金属和非金属材料的切割已经成为现代工业生产(特别是焊接生产)中的一个重要工序，因为被焊工件所需要的几何形状和尺寸，绝大多数是通过切割方法来实现的。切割技术被广泛应用在国民经济建设的各个领域中。1．1切割方法的分类及发展1．1．1切割方法的分类特点近年来，切割技术的开发和应用取得了长足的发展，切割技术已经从传统的火焰切割发展到包括等离子切割、激光切割、高压水射流切割等在内的现代切割技术。现代工程材料切割的方法有很多种，大致可归纳为冷切割和热切割两大类。冷切割是在常温下利用机械方法使材料分离，如剪切、锯切(条锯，圆片锯、砂片锯等)、铣切等，也包括近年来发展的水射流切割。热切割是利用热能使材料分离，最常见的有气体火焰切割、等离子弧切割和激光切割等。现代焊接生产中钢材的切割主要采用热切割。热切割按物理现象可分为燃烧切割、熔化切割和升华切割三类，所有切割方法都是混合型的。燃烧切割是材料在切口处采用加热燃烧、产生的氧化物被切割氧流吹出而形成切口；熔化切割是材料在切口处主要采用加热熔化、熔化产物被高速及高温气体射流吹出而形成切口；升华切割是材料在切口处主要采用加热汽化、汽化产物通过膨胀或被一种气体射流吹出而形成切口。按照所用能源不同，热切割方法可分类如下。(1)采用气体火焰的热切割①气割采用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量实现切割。②氧—熔剂切割在切割氧流中加入纯铁粉或其他熔剂，利用它们的燃烧和造渣作用实现气割。(2)采用气体放电的热切割①电弧—氧切割利用电弧加切割氧进行切割，电弧在空心电极与工件之间燃烧，由电弧和材料燃烧时产生的热量使材料能通过切割氧进行连续燃烧，熔融物被切割氧排出．反应过程沿移动方向继续进行而形成切口。②电弧—压缩空气气刨利用电弧及压缩空气在表面进行切割，由电弧和材料燃烧时产生热量使材料能够连续地熔化及燃烧。反应过程沿移动方向继续发展，由压缩空气流驱除熔融物及熔渣而形成切口。③等离子弧切割利用等离子弧的热能实现切割。a.转移弧等离子弧切割，工件处于切割电流回路内，被切割的材料必须是导电的。b．工件不需处于切割电流回路内，可以切割导电的及不导电的材料。(3)利用束流的热切割①激光切割利用激光束的热能实现切割。②电子束切割利用电子束的能量将被切割材料熔化，熔化物蒸发或靠重力流出而产生切口。根据切割过程所用能源对切割方法的分类及适用材料见表1．1。表1．1中有些切割方法兼用两种能源，如电弧—氧切割法，既利用电弧热，又利用氧化反应热。氧作辅助气体激光切割金属时，既利用光能，也利用化学反应热。热切割是焊接生产中最常用的金属切割加工方法，热切割方法的分类、定义及其适用范围见表1．2。第2章气体火焰切割利用气体火焰的热能将金属材料分离的方法称为气体火焰切割法，简称气割。气割是金属在纯氧中燃烧并借助高速氧流动量排除熔渣的化学和物理作用相结合的过程。气割除了必须使用氧气外，还必须使用可燃气体，如乙炔、液化石油气、天然气等。气体火焰切割是焊接生产中备料工序应用最广泛的切割方法，一般结构钢是气割加工的主要对象。气体火焰切割被广泛应用在冶金、机械、电力、石油化工、锅炉及压力容器、车辆、造船等几乎所有的产业部门。2．1气体火焰切割原理、分类及特点2．1．1气体火焰切割原理气割是利用气体火焰的热能将工件切割处金属预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使预热处金属燃烧并放出热量实现切割的方法。最常见的气体火焰切割是氧—乙炔火焰切割。钢材的气割是利用气体火焰(称预热火焰)将钢材表面加热到能够在氧气流中燃烧的温度(即燃点)，然后送进高纯度、高流速的切割氧，使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣，同时放出大量的热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口前缘，使之也达到燃点，直至工件的底部。与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成切口将钢材切割开。钢材气体火焰切割的原理如图2．1所示。气体火焰切割的实质是被切割的材料在纯氧中燃烧的过程，不是熔化过程。钢材气割时铁与氧的反应有以下几种形式，这些反应都是放热反应。因此从宏观上来说，气体火焰切割是钢中的Fe在高纯度氧中燃烧的化学过程和借助切割氧流动量排除熔渣的物理过程相结合的一种加工方法。整个气体火焰切割过程可分为互有关联的四个阶段：①起割点处的金属表面用预热火焰加热到燃点，随之在切割氧中开始燃烧反应；②燃烧反应向金属下层进展；③排除燃烧反应生成的熔渣，沿厚度方向割开金属；④利用熔渣和预热火焰的热量将切口前缘的金属上层加热到燃点，使之继续与氧产生燃烧反应。上述过程不断重复，金属切割就连续地进行。并非所有的金属都可以进行气割加工，只有满足以下条件的金属才能顺利地实现气割。①金属能同氧发生剧烈的燃烧反应并放出足够的反应热。这种燃烧热除了补偿辐射、导热和排渣等热散失外，还必须保证将切口前缘的金属表层迅速且连续地预热到其燃点。否则，生成热低，气割不能正常进行。气割低碳钢时所需的热量，金属燃烧产生的热量占70％左右，而预热火焰供给的热量仅占30％左右。所以，金属氧化生成热的作用是相当大的。②金属的燃点应比熔点低，否则不能实现氧气切割，而变成熔割。气割时金属在固态下燃烧才能保证切口平整。如果燃点高于熔点，金属在燃烧前已经熔化，切口质量很差，严重时切割无法进行。③燃烧生成的氧化物熔渣的熔点应比金属熔点低，且流动性好。氧化物的熔点低于金属的熔点，则生成的氧化物才可能以液体状态从切口中被纯氧吹除。 否则，氧化物会比液体金属先凝固，而在液体金属表面形成固态薄膜，或黏度大， 不易被吹除，而且阻碍下层金属与氧接触，使切割过程发生困难。 ④金属的热导率不能太高。如热导率过高，预热火焰热和燃烧反应热会迅 速散失，使气割过程不能开始或中途中断。 常见金属及其氧化物的熔点、燃烧热及气割性见表2．1。 在金属材料中低碳钢符合上述条件，气割性能良好。铁虽然其熔点略低于氧化物 的熔点，但氧化反应热较大，特别是熔渣的黏度低、流动性好，易于被切割氧流 吹除。一般碳素结构钢因主要成分是铁，气割性良好，是气割加工的主要对象。 另外，钒也屑气割加工性良好的金属。 高碳钢、铸铁、高铬钢、铬镍不锈钢等氧化物的熔点均高于材料本身的熔 点，铸铁中的硅氧化物黏度很大，所以它们很难气割。铜及其合金因反应热很少， 而热导率又高，也不可气割。铝虽然氧化反应热很高，但金属氧化物Al2O3 的 熔点高出其熔点2 倍，而且燃点接近 第3 章 电弧切割 电弧切割技术由于其设备简单、成本较低、快速方便等优点，被广泛应用 于能源、机械等工业部门的实际生产中。同时随着等离子和激光切割法的推广应 用，常用的电弧切割在大规模生产中基本被淘汰，电弧—氧切割和熔化极电弧切 割等方法已经转向水下切割。但是在实际生产中电弧切割仍以其简便实用的特 点，在零部件的切割、焊前接头的表面处理等方面被广泛使用。 3．1 电弧切割的分类及特点 3．1．1 电弧切割的分类 现在适用于各种材料的电弧切割加工方法主要是按照切割过程中所使用的 能源分类的，即采用电能。其中有些切割方法兼有两种能源，如电弧—氧切割法， 既利用电弧热，又利用氧化反应热。电弧切割主要分为电弧—氧切割、钨极电弧 切割(TIG 切割)、熔化极电弧切割(MIG 切割)、金属极电弧切割、碳极电弧切 割、电弧锯切割及阳极切割等。 3．1．2 电弧切割的原理 电弧切割主要是利用焊接电源，并借助于电极或气体与工件间电弧产生的 热量进行熔割的方法。下面介绍儿种常用的电弧切割方法的原理及特点。 (1)电弧—氧切割法 电弧—氧切割是利用中空的管状割条与工件间产生的电弧热和从割条内喷 出的氧气与金属反应热进行切割的方法。切割速度比气割快，但切割面质量差。 (2)钨极电弧切割(TIG 切割)法 钨极电弧切割是利用TIG焊接装置借助于钨极与工件间电弧热量进行熔化 切割的方法。切割的成本比较高，效率比较低。 (3)熔化极电弧切割(MIG 切割)法 熔化极电弧切割是利用 MIG 焊接装置借助于熔化极与工件间电弧的热量 进行熔化切割的方法。目前主要用于水下切割，切割的效率比较高，切割面质量 比较高。 (4)电弧锯切割 电弧锯切割主要是利用高速运动的圆盘或带状电极与工件间产生的大电流 电弧使工件熔-化，并借助于电极的运动将熔化金属除去的切割方法。切割面质 量高，切割效率较高。 (5)阳极切割 阳极切割是采用手工电弧焊设备，将直流电源的正极接在待切割的工件上， 负极与切割盘相连进行切割的一种方式。 3．1．3 电弧切割的应用范围 电弧切割主要用于各种金属材料的切割，不适用于塑料、陶瓷等材料的切 割：其中电弧—氧切割、熔化极电弧切割目前主要用于水下切割，是十分有效的 方法，在陆上基本上已经不使用。电弧锯切割主要用于核电站的核反应堆中不锈 钢零部件的解体，而阳极切割适用于加工高硬度淬火钢、硬质合金等。 3．2 电弧切割的设备 3．2．1 电弧切割设备原理及组成 电弧切割设备的组成根据切割原理的不同，其设备也不同，下面介绍几种 常用的金属极电弧切割方法的设备组成。金属极电弧切割和刨槽是利用金属电极 与工件间的电弧热局部熔化工件井利用气流的动量排除熔渣进行切割或刨槽的 加工方法。 (1)电弧—氧切割法 电弧切割法是兼有电弧热和氧化反应热的切割方法，原理示意见图3．1。 工艺中采用外涂药皮的空心割条，内通氧气。电弧起预热火焰的作用，从割条内 芯喷出的氧流使金属燃烧并起排除熔渣的作用，实现金属的切割。 电弧—氧切割法也可用于切割碳钢，但主要是切割不锈钢及有色金属材料， 在切割有色金属时，割条的熔融金属起到氧—熔剂切割中熔剂的作用。 (2)熔化极电弧切割 熔化极切割方法主要有以下三种方法。 ①惰性气体熔化极电弧切割法(MIG 切割法) M1G 切割法工作原理如图 3．2 所示，MIG 切割法是采用普通 MIG 焊接装置进给实芯焊丝，利用丝极与 工件间产生的电弧热局部熔化工件，而熔融金属由保护气体流排除。MIG 电弧 切割法可用于切割铝及铝合金、铜及铜合金、不锈钢和蒙乃尔合金等。 ②喷水式熔化极电弧切割法 a. 切割方法及应用。喷水式熔化极电弧切割是用压力水代替 MIG 电弧切 割中的气体进行切割的方法，切割示意如图3．3 所示。该切割方法的特点是熔 融金属为高速喷出的水射流所击，并 第4 章 等离子弧切割 等离子切割是利用高能量密度的等离于弧和高速的等离子流，将熔化金属 从割口处吹走，形成连续割口。等离子弧切割速度快，没有氧—乙炔切割时对工 件产生的燃烧，因此工件获得的热量相对较小，工件变形也小，适合于切割各种
ISO9013-热切割分类产品几何量技术规范和质量公差中文版(精选)(实用应用文)
