课次课题四气割 气刨.pptx

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1、碳钢的气割性金属的性质必须满足下列两个基本条件，才能进行气割。（1）金属的燃烧点应低于其熔点。（2）金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。（3）金属燃烧时要释放足够的热。（4）金属的导热性要小。纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢都能满足上述条件，具有良好的气割性能。高碳钢、铸铁、不锈钢，以及铜、铝等有色金属都难以进行氧气切割。第1页/共134页气割的特点（1）优点切割效率高，切割钢的速度比其他机械切割方法快。机械方法难以切割的截面形状和厚度，采用氧一乙炔焰切割比较经济。切割设备的投资比机械切割设备的投资低，切割设备轻便，可用于野外作业。切割小圆弧时，能迅速改变切割方向。切割大型工件时，不用移动工件

2、，借助移动氧一乙炔火焰，便能迅速切割。可进行手工和机械切割。第2页/共134页氧-乙炔气割设备1、割枪第3页/共134页第4页/共134页二、氧气瓶第5页/共134页减压阀第6页/共134页三、乙炔瓶第7页/共134页减压阀第8页/共134页1)各种气瓶涂蒜标志要正确，使用时必须直立放置。防止瓶内丙酮或液化气的液体流出而发生事故。2)气瓶应放置在通风良好的地方，并防雨淋和日光曝晒，不应放置在焊剖施工的钢板上及有电流通过的导体上。3)气瓶，尤其是瓶阀周围严禁沾有油脂等易燃物质安装减压器时要检查瓶阀和出气口内有无油脂等杂质。4)气瓶严禁近火，乙炔瓶温不得超过40，液化气瓶温不得超过45。5)气瓶与

3、明火操作处问的距离应大干10米。6)瓶阀、管路不得漏气，严禁明火试漏。冬天瓶阀与管路冻结时，严禁用明火烘烤解冻。7)瓶内气体不应全部用完，必须留有不小于98147千帕表压的余气。防止气体倒灌气利于各种气瓶再灌装时的抽验，换瓶子后须旋紧瓶闼和瓶盖。8)气瓶应定期在指定的有关单位进行检查。9)不准将氧气代替压缩空气或把氧气作通风使用。10)氧气瓶泄压装置的防爆紫铜片不准私自调换。11)液化石油气瓶充装时，瓶内不能全部充满液体应留出1015的气体空间。氧气、乙炔瓶使用规则第9页/共134页1.气割过程氧气切割简称气割，是一种切割金属的常用方法，气割时，先把工件切割处的金属预热到它的燃烧点，然后以高速

4、纯氧气流猛吹。这时金属就发生剧烈氧化，所产生的热量把金属氧化物熔化成液体。同时，氧气气流又把氧化物的熔液吹走，工件就被切出了整齐的缺口。只要把割炬向前移动，就能把工件连续切开。氧-乙炔气割技巧1-割缝；2-割嘴；3-氧气流；4-工件；5-氧气物；6-预热火焰第10页/共134页2.一般技术要求2.1点火前，应将氧气和燃气减压器调到工作所需的压力值。2.2割炬点火时，先开少量预热氧，然后开燃气阀，再点燃混合气。2.3停割关火时，先关切割氧，再关可燃气和预热氧。2.4气割过程中若发生回火时，应立即关闭切割氧，然后依次关闭可燃气和预热氧。2.5切割结束或较长时间停止工作时，割炬关闭后，应随之关闭氧气

5、瓶和可燃气瓶的供气阀，松开减压器调节螺杆。第11页/共134页3.气割前的准备3.1对设备、割炬、气瓶、减压装置等供气接头，均应仔细检查，确保正常状态。3.2使用射吸式割炬，应检查其射吸能力；等压式割炬，应保持气路畅通。3.3使用半自动，仿形气割机时，工作前应进行空运转，检查机器运行是否正常，控制部分是否损坏失灵。3.4检查气体压力，使之符合切割要求。当瓶装氧气压力用至0.10.2Mpa表压时；瓶装乙炔、丙烷用至0.1Mpa表压时，应立即停用，并关阀保留其余气，以便充装时检查气样和防止其它气体进入瓶内。第12页/共134页3.5检查工件材质和下料标记，熟悉其切割性能和切割技术要求。3.6检查提

6、供切割的工件是否平整、干净，如果表面凹凸不平或有严重油污锈蚀，不符合切割要求或难以保证切割质量时，不得进行切割。3.7为减少工件变形和利于切割排渣，工件应垫平或放好支点位置。工件下面应留出一定的高度空间，若为水泥地面应铺铁板，防止水泥爆裂。第13页/共134页4.1切割氧压力切割氧压力的大小,对于普通割嘴，应根据割件的厚度来确定,具体选择可见表1。对于快速割嘴，则取决于马赫数，具体选择可见表2。表1割件厚度割件厚度mmmm割炬型号割炬型号割嘴号割嘴号氧气压力氧气压力MPaMPa44G01G0130301 12 20.30.30.40.44.54.510102 23 30.40.40.50.51

7、1112525G01G011001001 12 20.50.50.70.7262650502 23 30.50.50.70.752521001003 30.60.60.80.84.气割参数的选择第14页/共134页表2割嘴马赫数割嘴马赫数e e1.91.92.02.02.12.12.22.22.32.32.42.42.52.52.62.6氧气压力氧气压力0.570.570.680.680.810.810.970.971.151.151.361.361.601.601.901.90切割氧压力随割件厚度的增加而增高，随氧气纯度的提高而有所降低，氧压的大小要选择适当。在一定的切割厚度下，若压力不足，

8、会使切割过程的氧化反应减慢，切口下缘容易形成粘渣，甚至割不穿工件；氧压过高时，则不仅造成氧气浪费，同时还会使切口变宽，切割面粗糙度增大。4.2预热火焰预热火焰应采用中性焰，它的作用是将割件切口处加热至能在氧流中燃烧的温度；同时，使切口表面的氧化皮剥落和熔化。第15页/共134页预热火焰能率以可燃气每小时耗量（L/h）表示，它取决于割嘴孔径的大小，所以实际工作中，根据割件厚度，选定割嘴号码也就确定了火焰能率。表3为氧乙炔切割碳钢时，割件厚度与火焰能率的关系。表3割件厚度割件厚度mmmm3 312121313252526264040424260606262100100火焰能率火焰能率L/hL/h3

9、20320340340450450840840900900火焰能率不宜过大或过小：若切口上缘熔化，有连续珠状钢粒产生，下缘粘渣增多等现象，说明火焰能率过大；若火焰能率过小，割件不能得到足够的热量，必将迫使切割速度减慢，甚至使切割过程发生困难。第16页/共134页预热时间与火焰能率、切割距离（割嘴与工件表面的距离）及可燃气体种类有关。当采用氧丙烷火焰时，由于其温度较氧乙炔火焰低，故其预热时间要稍长一些。4.3切割速度切割速度与割件厚度、切割氧纯度与压力、割嘴的气流孔道形状等有关。切割速度正确与否，主要根据割纹的后拖量大小来判断。表4割件厚度割件厚度mmmm5 510101515202025255

10、050切割速度切割速度mm/minmm/min500500800800400400600600400400550550300300500500200200400400200200400400后拖量后拖量mmmm1 12.62.61.41.42.82.83 39 92 210101 115152 21515第17页/共134页4.4切割距离切割距离与预热焰长度、割件厚度及可燃气种类有关。对于氧乙炔火焰，焰心末端距离工件一般以35mm为宜，薄件适当加大。对于氧丙烷火焰，其距离稍近。切割过程中，切割距离应保持均匀。过高，热量损失大，预热时间加长。过低，易造成切口上缘熔化甚至增碳，且割嘴孔道易被飞溅物

11、粘堵，造成回火停割。第18页/共134页第19页/共134页（1）开始预热（2）起割前准备（3）起割开始第20页/共134页4.5割嘴倾角割嘴倾角直接影响切割速度和后拖量。直线切割时，割嘴倾角见表5，曲线切割时，割嘴应垂直于工件。表5割嘴类割嘴类型型割件厚度割件厚度mmmm割嘴倾角割嘴倾角普通割普通割 嘴嘴6 6后倾后倾510510630630垂直于工件表面垂直于工件表面3030始割前倾始割前倾510510，割穿后垂直，割近终点时，割穿后垂直，割近终点时后倾后倾510510快速割快速割嘴嘴10161016后倾后倾2025202517221722后倾后倾51551523302330后倾后倾152

12、51525第21页/共134页5气割操作5.1根据割件厚度选好割嘴及规范参数后，即可点火调整预热火焰，并试开切割气，检查切割气流是否挺直清晰，符合切割要求。5.2用预热火焰将切口始端预热到金属的燃点（呈亮红色），然后打开切割氧，待切口始端被割穿后，即移动割炬进入正常切割。5.3手工切割气割工身体移位时，应抬高割炬或关闭切割氧，正位后，对准接割处适当预热，然后继续进行切割。第22页/共134页用普通割嘴直线切割厚板，割近终端时，割嘴可稍作后倾，以利割件底部提前割透，保证收尾切口质量。板材手工直线切割的规范见表6。表6割件厚度割件厚度mmmm割炬及割嘴割炬及割嘴号号氧气压力氧气压力MPaMPa乙炔

13、压力乙炔压力MPaMPa切割速度切割速度mm/minmm/min312312G01-30G01-301-1-2 20.4-0.50.4-0.50.01-0.120.01-0.12550-400550-400133013302-2-3 30.5-0.70.5-0.7400-300400-30032503250G01-G01-1001001-1-2 20.5-0.70.5-0.7300-250300-25052100521002-2-3 30.6-0.80.6-0.8250-200250-200第23页/共134页半自动切割（常用CG1-30型气割机）直线切割时，应放置好导轨，气割机放在导轨上；若

14、切割圆形工件，则装上半径杆，并松动蝶形螺母，使从动轮处于自由状态。同时将割矩调整到合适的切割位置。接通控制电源、氧气和可燃气，根据割件厚度调好切割速度。将倒顺开关扳至所需位置，打开乙炔和预热氧调节阀，点火并调整好预热火焰。将起割开关扳到停止位置，打开压力开关阀，使切割氧与压力开关的气路相通。第24页/共134页待割件预热到工件燃烧温度后，打开切割氧阀割穿工件，此时压力开关作用，行走电机电源接通，合上离合器，割机启动，切割开始。气割过程中，可随时旋转升降架上的调节手轮，调节割嘴与工件之间的距离。切割结束时，先关闭切割氧阀，此时压力开关停止作用行走电机电源切断，割机停止行走。接着关闭压力开关和预热

15、火焰。最后切断控制电源和停止氧气和可燃气的供给。若不使用压力开关，可直接用起割开关来接通和切断行走电机电源。第25页/共134页氧乙炔火焰切割规范见表7，氧丙烷切割规范见表8。表7割件厚割件厚度度mmmmCG130CG130气割气割机机割嘴号割嘴号气体压力气体压力MPaMPa切割速度切割速度mm/minmm/min氧气氧气乙炔乙炔5205201 10.60.60.060.06500600500600214021402 20.70.70.070.07400500400500426042603 30.80.80.080.08300400300400表8切割厚度切割厚度mmmm割炬型号割炬型号割嘴号

16、及孔割嘴号及孔径径氧气压力氧气压力MPaMPa丙烷压力丙烷压力MPaMPa100100G07100G0710013 11.313 11.30.70.70.030.050.030.05第26页/共134页 气割面质量及工件尺寸偏差6.1 气割面质量气割边棱，不应有裂纹、熔渣及氧化皮。零件仿形气割或半自动气割的边棱，不应有高度超过0.5mm的毛剌和深度大于1mm的割纹。6.2 工件尺寸偏差钢材在下料前的形状偏差应符合有关国标或冶标的规定，否则应预矫正，使之达到要求。工件尺寸应在切割面经过清理并冷却到室温后进行测量。手工气割的板材、型材（角钢、工字钢、槽钢等）零件尺寸偏差，应符合表12的规定。第27

17、页/共134页表12 mm基本尺寸基本尺寸板材板材厚度厚度型材型材高度高度板材板材厚度厚度型材型材高度高度板材板材厚度厚度型材型材高度高度板材板材厚度厚度型材型材高度高度1010100100102010201002001002002030203020030020030030303003005005001.51.52.02.02.52.53.03.0500100050010002.02.02.52.53.03.03.53.510002500100025002.52.53.03.03.53.54.04.025004000250040003.03.03.53.54.04.04.54.54000630

18、0400063003.53.54.04.04.54.55.05.06300100006300100004.04.04.54.55.05.05.55.510000100004.54.55.05.05.55.56.06.0第28页/共134页仿形气割或半自动气割的板材零件尺寸偏差，应符合表13的规定。表13 mm基本尺寸基本尺寸板材厚度板材厚度10101020102020205005000.50.51.01.01.51.5500100050010001.01.01.51.52.02.010002500100025001.51.52.02.02.52.525004000250040002.02.02

19、.52.53.03.040006300400063002.52.53.03.03.53.56300100006300100003.03.03.53.54.04.010000100003.53.54.04.04.54.5第29页/共134页 气割的安全技术7.1 周围环境应无易燃易爆物品，如有易燃物时应离开5米以上。7.2 氧气表不许与油脂接触，以防爆炸。7.3 乙炔瓶附近禁止吸烟并不能安放在高压线的下方，氧气瓶应在集中的地方存放。绝不允许电焊导线从氧气瓶上通过。7.4 夏季露天施工时，氧气瓶、乙炔瓶要防止直接受到烈日暴晒，以免引起气体膨胀发生爆炸事故，必须安放在棚内或遮盖之。7.5 胶管不应放

20、在热源附近。氧气管和乙炔管不能相互代用。气管老化，必须更换。7.6 若遇回火时，射吸式割矩须先关闭氧气阀门、再关乙炔阀，以使回火很快熄灭，稍候再打开氧气阀吹一吹，检查回火原因，排除后方可继续使用。第30页/共134页第二节 等离子弧切割 第31页/共134页 等离子切割概述一、等离子切割原理一、等离子切割原理第32页/共134页等离子切割过程与气割原理有本质的区别，它是一个物理切割的过程利用等离子弧的高温将割缝处金属熔化，并用高速焰流将其吹走随着割嘴的移动从而形成狭窄缝隙把材料分开等离子弧又称作压缩电弧一种导电截面收缩的比较小，从而能量更加集中的电弧第33页/共134页(一一)等离子弧等离子弧

21、切割切割原理原理1.1.等离子弧的产生等离子弧的产生产生的原理与焊接用电弧基本相同电弧是一种稳定的气体放电形式，是电流通过气体的现象通常情况下，气体是良好的绝缘体在外加能量作用下，气体中一些原子放出电子而变成正离子电离第34页/共134页电弧产生的原理电弧产生的原理外加能量的大小，用电离电位表示根据外界供给能量的方式，气体电离可以分为三种形式 光电离、碰撞电离和热电离电弧中气体的电离主要是热电离气体电离的程度用电离度表示：离子或电子的密度与电离前中性粒子的密度之比电离度低于0.1%0.1%的气体被称作弱电离体，其性质与未电离气体接近第35页/共134页电离气体的性质电离气体的性质电离度达到1%

22、1%时，气体导电性接近充分电离气体等离子弧的温度及电离度比普通焊接电弧有明显的提高等离子弧的导电性能没有显著变化等离子弧弧柱的截面尺寸比较小，它的电阻往往很大决定气体电离度的主要因素是温度第36页/共134页等离子体的定义等离子体的定义在30000K30000K时，各种气体几乎都变成离子，处于完全电离状态处于完全电离状态的气体便是所谓的“等离子体”这种气体完全由带电粒子组成，具有很强的导电能力，呈现出明显的电磁性能，但其整体却保持着电中性物质存在的第四态第37页/共134页2.2.等离子弧发生装置的原理等离子弧发生装置的原理第38页/共134页热收缩效应热收缩效应(1)(1)电弧通过喷嘴孔道在

23、钨极和被切割金属之间燃烧弧柱受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用促使电弧的弧柱导电截面缩小，电流密度增加整个弧柱的能量集中在中心区域第39页/共134页热收缩效应热收缩效应(2)(2)冷却气体的这种作用被称为“热收缩效应”在已缩小的截面上通过同样的电流，须提高供给电压这时，弧柱的电场强度会提高其值在很大程度上反映了电弧所受到的压缩程度第40页/共134页磁收缩效应磁收缩效应等离子弧电流达到相当数值时，弧柱电流产生的磁场对弧柱截面积进一步压缩这种作用称为“磁收缩效应”自由燃烧电弧也存在磁收缩效应等离子弧有较高的电流密度，而且以热收缩做前提，所以磁收缩效应更强第41页/共134页机械收缩效应机械收缩

24、效应喷嘴孔道的孔径对弧柱产生强制压缩作用电弧周围的压缩气流或水流也对弧柱产生强制压缩作用这种对电弧的压缩被称为“机械收缩效应”第42页/共134页等离子切割的实现等离子切割的实现三种收缩效应的压力与等离子弧内部的热扩散作用达到平衡形成高速高温等离子流，从喷嘴孔喷出等离子流遇到低温金属便复合成原子或分子并放出能量，使割缝处金属温度迅速升高而熔化等离子流较强的机械冲力，将被熔化的金属冲走而实现切割第43页/共134页水射流等离子发生装置水射流等离子发生装置 图示为一种水射流等离子发生装置的切割示意图与一般等离子弧切割的区别主要在于喷嘴结构上的不同第44页/共134页水射流等离子发生装置结构水射流等

25、离子发生装置结构 在喷嘴的弧柱出口处，增加一圈水射流孔水射流从四周射向电弧，加大热收缩效应弧柱经水冷却被进一步收缩电弧的能量密度更为集中，从而进一步提高切割速度 第45页/共134页等离子弧的类型等离子弧的类型等离子弧的发生装置是在钨极氩弧焊的实践基础上形成的由电源的连接方式，等离子弧可分为转移型、非转移型和联合型三种第46页/共134页转移型等离子弧的发生转移型等离子弧的发生电极接负极，工件接正极电弧首先在电极与喷嘴间形成然后在电极与工件加一较高电压等离子弧转移到电极与工件间第47页/共134页转移型等离子弧的应用转移型等离子弧的应用转移型等离子弧的阴极斑点和阳极斑点分别落在电极和工件上产生

26、的热量多而且集中可以用于切割，也可用来进行焊接这种类型的等离子弧发生在电极和工件间，所以要求工件必须是导体第48页/共134页非转移型等离子弧非转移型等离子弧只是喷嘴接正极等离子弧产生于电极与喷嘴之间高温焰流经喷嘴喷出阳极斑点在喷嘴上，热量损失较多导致等离子弧的温度降低适用于薄板的切割和焊接可以切割金属材料和非金属材料第49页/共134页联合型联合型等离子弧等离子弧转移型等离子弧和非转移型等离子弧同时存在这种类型的等离子弧主要用于 微弧焊 粉末材料的喷焊第50页/共134页1.1.等离子弧的物理特性等离子弧的物理特性(1)(1)等离子弧的热特性等离子弧的热特性热特性是一个热源的重要特性等离子弧

27、的温度、热功率及热效率 等离子弧的温度等离子弧温度主要是指弧柱的温度弧柱温度一般与电弧功率，气体、电极材料及其它工作条件有关第51页/共134页气体电离电位对气体电离电位对温度的影响温度的影响空间气体成分对弧柱温度影响很大气体的电离电位高，弧柱温度也高电极材料的蒸汽的电离电位较低时，对弧柱温度有很大影响熔化的金属极电弧产生电离电位很低的金属蒸汽，温度仅在5000K5000K 6000K6000K等离子发生装置后电极常用钨极，很少蒸发第52页/共134页等离子弧的温度等离子弧的温度等离子弧的弧柱温度可达15000K15000K50000K50000K，而且从焰心到边缘的温度梯度极大转移型等离子弧

28、较另两种类型等离子弧具有更高的温度工作气体用氮气，I=300AI=300A、U=250VU=250V、喷嘴孔径d=2.8mmd=2.8mm和气体流量Q=50Q=50l/min/min条件下 喷嘴附近最大温度T Tmaxmax=30000=30000当I=1500AI=1500A，d=2.5mmd=2.5mm时，T Tmaxmax=52000=52000，能量集中程度达到1.1101.1109 9W W/cm/cm2 2第53页/共134页离子弧的热功率热源温度高，加热能力不一定越大热源的加热能力取决于它的热功率，即单位时间内能传递多少热能电弧的热功率是单位时间内电能转变为热能的量，即耗电率单位

29、时间内电弧产生的热量第54页/共134页等离子弧热功率的计算等离子弧热功率的计算 U Uh h等离子弧工作电压(V)(V)I Ih h等离子弧工作电流(A)(A)等离子弧具有较高的电压，所以有较大的热功率等离子弧的热功率可以通过很多参数对其进行调整第55页/共134页热功率的影响参数热功率的影响参数 等离子弧工作电流 喷嘴的几何形状和尺寸 工作气体的成分和流量 电极材料气体成分的影响对选用工作气体有一定的指导意义等离子弧作为热源时，气体传递了相当一部分热量第56页/共134页等离子弧的工作气体等离子弧的工作气体气体在弧柱加热、分解、电离的过程中吸收热量，并达到很高的温度气体热分解、电离以及温度

30、升高时，吸收的热量越多，传递热量的能力越大从加热分解的角度，只有分子态气体才可能分解等离子弧的工作气体有：H H2 2、N N2 2、空气、水蒸气和氩气等等离子弧燃烧时所用气体的热焓随温度的升高而增大第57页/共134页等离子弧的热效率 电能在等离子枪中转变成热能，并没有全部用于加热工件冷却水带走、辐射等转移型弧热损失少些，工件可以得到60%60%的热能工件实际得到的热能为等离子弧有效热功率第58页/共134页(2)(2)等离子弧焰流速度等离子弧焰流速度 等离子弧焰流速度极快，可达到音速甚至超音速(300(3001000m/s)1000m/s)具有极强的吹力工件气体在喷嘴孔道被加热，体积急剧膨

31、胀，喷出速度快(热力加速)切割工艺中，焰流速度快、冲力大的等离子弧被称为刚性弧小孔径喷嘴和大流量工作气体容易获得刚性弧第59页/共134页(3)(3)等离子弧的电特性等离子弧的电特性等离子弧的静态伏安特性,即静特性第60页/共134页等离子弧等离子弧静静特性特性喷嘴限制了等离子弧柱截面积增大等离子弧相对普通电弧静特性的差别表示在两个方面 具有较高的电压 容易形成平特性或上升特性等离子弧静特性与工作气体种类和流量、喷嘴尺寸及电极间距等有关第61页/共134页(4)(4)等离子弧燃烧稳定性等离子弧燃烧稳定性使用转移型等离子弧时，会出现一种破坏电弧燃烧稳定性的现象双弧现象破坏切割工艺的正常进行引起喷

32、嘴烧损 第62页/共134页双弧现象双弧现象在一定的电流及外界条件下，电弧的电压总是力图维持最小数值这是电弧物理中的一个重要规律，叫做最小电压原理出现双弧时，A A1 1+A+A2 2的电压小于等离子弧的电压所以喷嘴管道中的电压降与双弧现象由直接联系第63页/共134页双弧与等离子弧的电压双弧与等离子弧的电压为提高电弧的压缩程度，总希望减小喷嘴孔径，拉长等离子弧长度提高等离子弧的电压和磁收缩效应电压与弧长成正比从防止双弧现象的角度，应该限制弧长的过度增加对双弧现象的影响还有一些因素第64页/共134页(二二)等离子弧切割设备与工艺等离子弧切割设备与工艺1.1.等离子弧电源等离子弧电源电源输出电

33、流与电源两端电压之间的关系为电源外特性等离子弧要求电源具有陡降的外特性第65页/共134页电源的空载电压电源的空载电压U U0 0为易于引燃等离子弧并使其稳定燃烧，对电源的U U0 0要求较高焊接、喷焊等要求U U0 080V80V即可而切割和喷涂则要求U U0 0180V180V空载电压的高低主要取决于被切割材料的厚度切割大厚度材料需要更高的空载电压第66页/共134页等离子弧切割等离子弧切割的电源的电源常用的电源多数是具有陡降外特性的直流弧焊电源，有专门的型号有时为了某种工艺或材料而使用交流电源，常见于等离子弧焊也有用一般弧焊机代替，将几台相同电流种类和外特性的焊机串联国产等离子弧切割机的

34、空载电压一般为120V120V300V300V，工作电流为320A320A 500A500A，工作电压为60V60V150V150V第67页/共134页2.2.等离子弧电极材料等离子弧电极材料后电极材料与TIGTIG的电极材料相同，有钨极、钍钨极和铈钨极纯钨的熔点34003400，沸点50005000，基本能满足要求纯钨应很好给予冷却，以减少烧损在纯钨中加入1 12%2%的氧化钍，即为钍钨极，比钨极发射电子能力强在相同的电极直径情况下，钍钨极可采用大电流而且烧损也较慢第68页/共134页铈钨极和锆铪电极铈钨极和锆铪电极钍钨极具有放射性，对健康有危害在纯钨中加入2%2%的铈即为铈钨极可减轻放射性

35、污染，而且进一步提高了电子发射能力和工艺性能降低电极烧损率，是较为理想的后电极材料锆铪电极，可用空气作为工作气体在N N2 2+H+H2 2混合气体中工作，寿命接近钍钨极第69页/共134页3.3.等离子弧工作气体等离子弧工作气体 常用的工作气体是氮气(N(N2 2)、氩气(ArAr)、氢气(H(H2 2)或他们的混合气体 N N2 2的热焓比较高，化学性能较稳定，危险性小，同时成本低，是用的较广泛的工作气体氮会溶于钢中形成氮化铁，引起强度增高，塑性降低氮的纯度应不低于99.5%99.5%，若其中含O O2 2或水较多时，会使钨极严重烧损第70页/共134页工作气体工作气体氩气氩气 ArAr的

36、热焓较低，等离子弧电压也低ArAr是单原子气体，在高温下不分解也没有吸热作用比热容和热传导值都很小，因此在氩气中燃烧电弧其热能损失最小由于ArAr的电离电位较高，引弧和燃弧都需要较高的能量应采取特殊的引弧措施以解决燃弧困难的问题第71页/共134页工作气体工作气体氩气氩气 ArAr是惰性气体，即不与各种金属起化学反应也不溶于金属对切割化学性能甚为活泼的金属来说，高纯度的ArAr是良好的保护介质氩气比空气重，在空气中的含量约1%1%，提取成本高氩气通常为制氧过程中的副产品，国内工业纯氩已达99.99%99.99%第72页/共134页工作气体工作气体氢气氢气 H H2 2是热焓及导热率最高的气体，

37、具有最大的传递热能的能力工作气体中混入H H2 2，会明显提高等离子弧的热功率对难熔材料的喷涂及大厚度工件切割时，常用H H2 2作为工作气体对绝大多数金属材料来说，H H2 2是还原性气体，可有效防止材料的氧化第73页/共134页工作气体工作气体氢气、空气氢气、空气 H H2 2是一种可燃气体与空气混合后易燃烧和爆炸高温下氢可溶于很多熔化金属中有时影响工艺性，而且侵入钢中的氢容易发生氢脆现象空气作为工作气体传递热量的能力也相当高使用压缩空气便宜方便第74页/共134页工作气体工作气体混合气体混合气体 除锆极用空气外，钨极也可用空气作为工作气体钨极使用空气时，要用双层气流等离子枪，内层气流使用

38、ArAr、N N2 2等气体保护钨极不受空气的氧化比较常用的工作气体是氮氢混合气体、氩氢混合气体综合了两种气体的优点第75页/共134页混合气体的注意混合气体的注意混合比例问题 影响切割速度、切口质量及喷嘴寿命 H H2 2:ArAr=(20=(2040)%40)%:(80(8060)%60)%H H2 2:N:N2 2=(10=(1025)%:(9025)%:(9075)%75)%起弧问题 在含有大量双原子气中起弧困难 一般可在纯ArAr或纯N N2 2中起弧第76页/共134页二二.等离子弧切割工艺等离子弧切割工艺等离子弧工艺参数有 空载电压U0 0 切割电流I 工作电压U 气体流量Q 切

39、割速度v 喷嘴到工件的距离h 钨极到喷嘴端面的距离l 喷嘴孔径尺寸d第77页/共134页(1)(1)空载电压空载电压U U0 0为使等离子弧易于引燃和稳定燃烧，要电源的U0 0150150V在切割较厚材料时(200mm(200mm以上)，U0 0200200V切割厚材料时，U0 0=300=300 400400V由于空载电压U0 0高，需注意安全第78页/共134页(2)(2)切割电流和工作电压切割电流和工作电压 切割电流和工作电压决定了等离子弧的功率加大切割电流和工作电压可以增加等离子弧的热功率提高被切割工件厚度和切割速度切割速度随切割电流的增加而显著增加随被切割金属厚度的增加，切割电流I

40、I对切割速度v v的影响效果变小第79页/共134页提高功率的有效途径提高功率的有效途径增大电流的同时会使弧柱变粗，切口宽度增加，钨极喷嘴容易烧损 增高电压是提高等离子弧功率的有效途径，特别在切割大厚度材料时工作电压U与气体成分和气体流量有关 N2 2的UAr的U H2 2散热能力强，也需要提高U第80页/共134页等离子弧工作电压等离子弧工作电压当U0.65U0时，等离子弧会出现不稳定现象双弧现象在增加等离子弧工作电压的同时必须提高电源的空载电压U还与喷嘴的几何形状有关，特别是喷嘴孔径d第81页/共134页(3)(3)气体流量气体流量Q Q在其它条件相同时，Q Q的增加使弧柱热收缩效应增强，

41、能量更集中随Q Q的增加，U U增高电弧功率提高，弧柱T T升高，v v增加同时电弧喷射速度加快，冲力提高，也有利于提高v v和切割质量Q Q过大时，部分能量由冷空气带走，使熔化金属的热量减少影响电弧燃烧稳定性和正常的切割第82页/共134页(4)(4)切割速度切割速度v v 合适的切割速度v v可以提高切口表面质量在功率不变的情况下，切割速度v v加快工件受热面积，热影响区V V过大被切割件出现不熔化V V太慢生产率，切口表面不光洁，底部毛刺增加，而且工件变形较大在保证切割质量的前提下，应尽量提高切割速度v v第83页/共134页(5)(5)喷嘴到工件表面距离喷嘴到工件表面距离h h为充分利

42、用等离子弧热量，便于操作喷嘴到工件表面的距离h h控制在10mm10mm以内通常为4 47mm7mm第84页/共134页h h对等离子弧的影响对等离子弧的影响h h增加相当于弧长增加U U增高电弧长度增加，减少利用效能，热辐射能量增加v v下降过高的hh吹力，切割能力，底部毛刺增多，也增加双弧出现的可能性h h过小增加短路的可能性第85页/共134页(6)(6)喷嘴参数喷嘴参数l l、d dl钨极端部到喷嘴端部的距离关系到电弧能否受到良好的压缩l过大，破坏电弧稳定性l太小，容易造成钨极与喷嘴短路而烧坏喷嘴第86页/共134页喷嘴直径喷嘴直径d d喷嘴直径影响弧柱直径和温度dd压缩程度减弱，能量

43、密度 冲力，vv 切割能力一般小U U对应大d d，大U U对应小d d第87页/共134页5.5.大厚度工件的切割特点大厚度工件的切割特点随，熔化量功率 为减少烧损，在相同功率时以为宜tt阳极斑点跳跃范围,电弧不稳定，要求U U0 0220V220V切透底部需热量足够弧呈细长状，轴向温度梯度小采用热焓大，热传导率高的工作气体(N(N2 2+H+H2 2)第88页/共134页三、激光切割方法（补充知识）三、激光切割方法（补充知识）(一一)激光切割原理简介激光切割原理简介激光器发出的水平激光束经过4545o o全反射镜，转为垂直向下再经过透镜聚焦，在焦点处聚成一极小光斑第89页/共134页激光切

44、割激光切割光斑的功率密度达10106 610109 9W/cmW/cm2 2工件在激光斑点照射下，产生局部高温(10000(10000以上)使工件瞬时熔化或气化 随割嘴移动，在工件上形成割缝同时用一定压力的辅助气体将割缝处熔渣吹除，从而将工件切开第90页/共134页激光功率激光功率激光是理想的平行光(发散角0.0010.001弧度)聚焦后光斑直径d do o=f(0)(0)，其中 f为透镜的焦距若激光的功率为W，则光斑的功率密度为第91页/共134页激光切割的特点激光切割的特点激光切割与气割和等离子弧切割相比，具有 切割速度快 割缝窄(约为0.20.20.3mm)0.3mm)热影响区小(宽度约

45、为0.1mm)0.1mm)割缝边缘垂直度好 切割边光洁度高第92页/共134页激光切割的用途激光切割的用途在薄板的切割、提高切割效率和减小热变形等方面有突出的优越性切割各种高熔点材料、耐热合金和超硬合金等特种金属材料也可切割半导体材料、非金属材料以及复合材料切割厚金属时，要吹送压缩气体帮助切割，减少割缝宽度和热影响区第93页/共134页(二二)激光切割的实际应用激光切割的实际应用激光切割技术应用始于19701970年代目前，美国海军在激光技术应用于造船方面的研究处于领先地位日本近年生产销售功率为5kW5kW以下的数控激光切割机 可高质量地切割厚度达32mm32mm低碳钢 切割12mm12mm板

46、时其切割速度约为2.5m/min2.5m/min 与现有的等离子弧切割机相当第94页/共134页激光切割激光切割在船厂在船厂中应用中应用三井造船公司玉野造船厂以建造舰艇为主，兼造4 4万吨级散货船船体构件的板厚大都在1010毫米左右，薄钢板加工量占相当大比例舰艇结构钢板较薄，要求热变形小、切割精度高采用激光切割机加工船体钢板取得了明显的效果第95页/共134页玉野船厂的激光切割机玉野船厂的激光切割机日本产机载型COCO2 2激光切割机，轨距7.5m7.5m最大功率3.5kW(3.5kW(额定功率3kW)3kW)有效切割宽度5.4m5.4m，有效切割长度29.1m29.1m，最大切割厚度19mm

47、19mm切割板厚8 8 10mm10mm的速度为900900 1000mm/min1000mm/min切口宽度在0.5mm0.5mm以下，切割变形极小不发生切口上缘熔塌和下缘粘渣，切割精度大大高于等离子弧切割第96页/共134页玉野切割机的优越性玉野切割机的优越性(1)(1)割后不需要砂轮打磨，提高了随后的装配精度，从而减少二次加工的工时能连续无人监视运转，工作效率高切割时基本上无烟尘和噪音切割成本降低 不需要集尘排气装置，初始投资比等离子弧切割机低 操作成本：等离子弧切割为4040日元/米 激光切割仅为3131日元/米第97页/共134页激光切割设备 SLCF-XL系列机载式（大台面）激光切

48、割机第98页/共134页第三节碳弧气刨第99页/共134页碳弧气刨是利用在碳棒与工件之间产生的电弧热将金属熔化，同时用压缩空气将这些熔化金属吹掉，从而在金属上刨削出沟槽的一种热加工工艺。其工作原理如图所示。1-碳棒2-气刨枪夹头3-压缩空气4-工件5-电弧L-碳棒外伸长-碳棒与工件夹角第100页/共134页特点1)与用风铲或砂轮相比，效率高，噪音小，并可减轻劳动强度。2)与等离子弧气刨相比，设备简单，压缩空气容易获得且成本低。3)由于碳弧气刨是利用高温而不是利用氧化作用刨削金属的，因而不但适用于黑色金属，而且还适用于不锈钢、铝、铜等有色金属及其合金。第101页/共134页 4)由于碳弧气刨是利

49、用压缩空气把熔化金属吹去，因而可进行全位置操作；手工碳弧气刨的灵活性和可操作性较好，因而在狭窄工位或可达性差的部位，碳弧气刨仍可使用。5)在清除焊缝或铸件缺陷时，被刨削面光洁铮亮，在电弧下可清楚地观察到缺陷的形状和深度，故有利于清除缺陷。6)碳弧气刨也具有明显的缺点，如产生烟雾、噪音较大、粉尘污染、弧光辐射、对操作者的技术要求高 第102页/共134页 应用1)清焊根。2)开坡口，特别是中、厚板对接坡口，管对接 U 形坡口。3)清除焊缝中的缺陷。4)清除铸件的毛边、飞刺浇铸口及缺限。第103页/共134页 1.2 设备及材料碳弧气刨系统由电源、气刨枪、碳棒、电缆气管和压缩空气源等组成。如图 所

50、示。图 2 碳弧气刨系统示意图1-电源2-气刨枪 3-碳棒 4-电缆气管 5-空气压缩机 6-工件 第104页/共134页第105页/共134页第106页/共134页第107页/共134页第108页/共134页第109页/共134页第110页/共134页第111页/共134页第112页/共134页第113页/共134页电源 碳弧气刨一般采用具有陡降外特性且动特性较好的手工直流电弧焊机作为电源。由于碳弧气刨一般使用的电流较大，且连续工作时间较长，因此，应选用功率较大的焊机。例如，当使用 7mm 的碳棒时，碳弧气刨电流为 350A，故宜选用额定电流为 500A 的手工直流电弧焊机作为电源。使用工频