气体火焰切割技术

气体火焰切割技术 1．坡口的气割 焊接之前常需要对钢板的接头处开坡口，坡口切割有手工切割和机械切割两种。在设备条件好的情况下，可采用机械切割，如采用坐标式切割机、平面四边形切割机或专为切割坡口用的切割设备等。采用机械方法切割的坡口，只要把熔渣清理干净，不需要进行任何的机械加工就可进行焊接。在成批生产中，采用机械方法切割坡口的经济效益更为显著。 由于手工切割坡口设备简单（采用普通气割设备），方便灵活，对于组合的部件和结构较复杂的零件以及单件生产，手工切割比较方便、有效。但手工切割坡口的质量在很大程度上受切割技术熟练程度的影响。对于重要构件或受压容器的焊接坡口，在没有把握的情况下最好不用手工切割。 焊接结构中常见的焊接坡口有V形、Y形、X形（带钝边或不带钝边）、U形，如图1所示。其中V形和Y形坡口当单侧坡口角度大于30°时，通常不易气割，需把坡口面置于背面进行切割。 在正确掌握切割参数和操作技术的条件下，气割坡口的质量良好，可直接用于工件装配和焊接。 （1）V形坡口的气割 用机械方法切割单面V形坡口时，可采用两把割炬同时进行切割。一把割炬垂直于被切割金属表面，另一把割炬与切割表面成一定角度。调整好割炬倾角后，一般用半自动气割机或手扶式半自动气割机进行切割。垂直的割炬在前移动，倾斜的割炬在后面移动。须按实际切割厚度选定割嘴号码和气割参数。 也可用手工方法切割单面V形坡口。单割炬切割V形坡口的示意见图2。气割前先按坡口尺寸划好线，然后将割嘴按坡口角度找好，以往后拖或向前推的操作方法进行切割，切割速度稍慢，预热火焰功率应适当增加，切割氧的压力也应稍大些。 为了得到宽窄一致和角度相等的切割坡口，可将割嘴靠在扣放的角钢上进行切割，如图3所示。为了更好地控制切割坡口的角度，还可将割嘴安装在角度可调的滚轮架上（一般是自制的），这样可以进一步保证切割质量，而且操作灵活〔见图3(c)〕。利用角钢切割直边及斜边（坡口）的操作示意见图4。 手工切割与机械切割的不同之处在于：手工切割时，不能同时用两把割炬进行切割，应先割好垂直缝，再按要求的宽度划好线，将割嘴偏斜一个角度，沿着划线向前或向后移动割炬，就能切割出单面坡口。 ① 单割炬二次切割，即先切割直边，再切割坡口斜边。单割炬切割Y型坡口的示意如图5所示。 ② 双割炬切割可一次完成坡口制备。双割炬切割Y形（或倒Y形）坡口时的割嘴配置如图6所示。 （3）X形坡口的气割 不带钝边X形坡口可采用单割炬分二次切割，也可用双割炬一次割出。带钝边X形坡口可采用单割炬分次切割，也可用三割炬一次加工出来。X形坡口一次切割的割嘴配置如图7所示。普通割嘴一次切割X形坡口的工艺参数见表1，扩散型快速割嘴一次切割X形坡口的工艺参数见表2。 快速割嘴的切割性能应符合表3规定。 表1 普通割嘴一次切割X形坡口的工艺参数 板厚/mm 割嘴号码 气体压力/kPa 切割速度 /mm.min-1 割炬1′ 割炬1 割炬2 割炬3 切割氧 乙炔 20 25 30 35 40 50 2 3 4 5 5 6 1 2 3 3 4 5 0 0 1 1 2 2 0 1 2 2 3 3 294 294～343 294～343 294～343 343～392 343～392 30～50 30～50 30～50 30～50 30～50 30～50 280～320 250～300 220～270 200～250 180～220 160～200 表2 扩散型快速割嘴一次切割X形坡口的工艺参数 板厚/mm 割嘴号码 气体压力/kPa 切割速度 /mm.min-1 割炬1′ 割炬1 割炬2 割炬3 切割氧 乙炔 20 25 30 35 40 50 2 3 4 5 5 6 1 2 3 3 4 5 0 0 1 1 2 2 0 1 2 2 3 3 686 686 686 686 686 686 30～50 30～50 30～50 30～50 30～50 30～50 390～430 350～390 310～350 280～320 230～290 200～250 注：1、割炬1′用于预热，不参数切割。 2、割炬间的纵向间距A根据板厚和坡口角度取10～20mm，以切割面上边缘不熔化、下边缘不粘熔渣为准。 3、所列参数为坡口角45°时的切割参数，如坡口角为30°时，切割速度可加快10％～15％。 4、切割氧的纯度≥99.7％。纯度较低时，切割速度要适当减慢。 5、钢板表面状态（如有氧化皮或车间底漆）不同，切割速度也要作相应调整。 表3 快速割嘴的切割性能 割嘴号 割嘴喉部 直径/mm 切割厚度 /mm 切割速度 /mm.min-1 气体压力/MPa 切口宽度 /mm 氧气 乙炔 液化石油气 1 0.6 5～10 750～600 0.7 0.025 0.03 ≤1 2 0.8 10～20 600～450 0.7 0.025 0.03 ≤1.5 3 1.0 20～40 450～380 0.7 0.025 0.03 ≤2 4 1.25 40～60 380～320 0.7 0.03 0.035 ≤2.3 5 1.50 60～100 320～250 0.7 0.03 0.035 ≤3.4 6 1.75 100～150 250～160 0.7 0.035 0.04 ≤4 7 2.0 150～180 160～130 0.7 0.035 0.04 ≤4.5 <1A> 0.6 5～10 560～450 0.5 0.025 0.03 ≤1 <2A> 0.8 10～20 450～340 0.5 0.025 0.03 ≤1.5 <3A> 1.00 20～40 340～250 0.5 0.025 0.03 ≤2 <4A> 1.25 40～60 250～210 0.5 0.03 0.035 ≤2.3 <5A> 1.50 60～100 210～180 0.5 0.03 0.035 ≤3.4 （4）U形坡口的气割 U形坡口用气割工艺比机械加工方法效率高。U形坡口的下部有圆弧段，气割时的氧化反应不像一般气割时那样一直垂直向下、当达到一定深度后应转向侧面方向。为此需采用多割炬同时加工，使工件沿板厚方向形成温度梯度，同时通过调节切割氧压力割出圆弧段。气割U形坡口的割嘴配置如图8所示，气割U形坡口的工艺参数见表4。 表4 气割U形坡口的工艺参数（板厚δ＝60mm） 割断 α /(°) β /(°) t /mm b /mm d /mm α /mm c /mm R /mm 预热氧压力 /kPa 切割氧 压力 /kPa 丙烷 压力 /kPa 切割速度 /mm.min-1 前割炬 16 － 5 2.5 － － － － 200 600 30 240 中间割炬 － 4 8 － ≈6 ≈20 10 23 500 368 － 后割炬 (垂直切割钝边) － － 5 1.5 － － － － 200 200 － 注：符号意义见图8。 先由前割炬割出斜面，再由中间割炬（配有两个割嘴）的前割炬将板边割到一定深度，形成铁-氧反应向侧面进展的条件；通过控制中间割炬两个割嘴的切割氧压力，利用后割嘴既割出坡口的斜边又割出所需的圆弧形割口，后割炬则用于割出根部的钝边。这样可获得精度较高的U形坡口，且耗氧量少。气割零件的尺寸偏差允许值见表5。 表5 气割零件的尺寸偏差允许值 精度等级 切割厚度 基本尺寸范围/mm 35～315 315～1000 1000～2000 2000～4000 A 3～50 350～100 ±0.5 ±1.0 ±1.0 ±2.0 ±1.5 ±2.5 ±2.0 ±3.0 B 3～50 350～100 ±1.5 ±2.5 ±2.5 ±3.5 ±3.0 ±4.0 ±3.5 ±4.5 注：上列尺寸偏差适用于： （1）图样上未标明公差尺寸的； （2）长宽比不大于4：1的工件； （3）切割周长不大于350mm的工件。 2． 钢件的气体火焰切割 气割结构钢一般没有什么特殊困难，也不必采用什么特殊措施。一般厚度的碳钢板比较容易顺利地进行切割。割炬可选用G01-100型或G02-100型。割嘴与工件的距离大致等于焰心长度加上2～4mm。为了提高切割效率，在气割厚度25mm以上的钢板时，割嘴可向后（即切割前进的反方向）倾斜20°～30°。 普通等压式割嘴机械切割低碳钢的工艺参数见表6。 表6 普通等压式割嘴机械切割低碳钢的工艺参数 板厚 /mm 割嘴号码 气体压力/kPa 切割速度 /mm.min-1 气体消耗量/L.min-1 氧气 乙炔 氧气 乙炔 5～15 15～30 30～50 50～100 100～150 150～200 200～250 250～300 1 2 3 4 5 6 7 8 ≥294 ≥343 ≥440 ≥588 ≥686 ≥784 ≥882 ≥980 ≥30 ≥30 ≥30 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 450～500 350～450 250～350 230～250 200～230 170～200 150～170 90～120 41.7～50.0 58.3～75.0 91.7～108 150～183 167～217 217～267 267～383 417～500 5.8～6.7 7.5～8.3 7.5～8.3 8.3～10.0 8.3～10.0 10.0～11.7 13.3～15.0 15.0～16.7 （1）大厚度钢板的气割 通常把厚度超过100mm的工件切割称为大厚度切割。大厚度钢板切割时由于工件较厚，切割有一定难度。气割大厚度钢板的主要难点是： ① 预热处钢材上、下部受热不均匀，如果操作不当，起割时往往不能沿厚度方向顺利穿透而造成切割失败； ② 因为钢材比较厚，燃烧反应沿厚度方向传播需要一定时间，同时越到切口下部，切割氧流动量越小、纯度越低，使后拖量增加。 ③ 熔渣多，切割氧流排渣能力减弱，容易在切口底部形成熔渣堵塞，使正常气割过程遭到破坏。 切割大厚度钢件，由于氧气压力增高，不但使氧气流变成圆锥形，而且氧气流的冷却作用也增大，因而影响切割质量及切割速度。如果切割更厚的钢件（600mm以上），由于预热火焰加热钢件的下层金属困难，使钢件受热不均匀，结果下层金属的传热就比上层金属来得慢。这样，切割厚钢板时，上部金属与下部金属燃烧是不均匀的，总是上部快下部慢，使切割氧射流在前进方向呈现一弧形，相应地在工件上产生一向后拖延的弧形割缝，这弧形割缝始末端之间的距离称为后拖量（见图9）。 如果割缝产生很大的后拖量，容易使熔渣堵塞割口底部造成切割困难。厚大板切割的后拖量，可以从割缝上观察到并且能测量出来。切割过程中，后拖量是不可避免的。后拖量小时，割缝宽度均匀、表面光滑、没有大梳齿凸出和横向的线槽。 实现大厚度钢板气割的最重要条件是向气割区提供足够的氧气流量，所需的切割氧流量Q可按下式估算，即 Q＝0.09～0.14δ （1） 式中 Q——大厚度钢板气割时所需的切割氧流量，m3/h； δ——钢板厚度，mm。 整个供氧系统，包括减压器、各种接头和阀件、割炬进气管、割嘴孔径等都要满足相应的供氧能力，避免产生节流现象。要根据钢板厚度和切割长度，准备足够的气源，以免中途因氧气用尽而中断切割（大厚度钢材要重新起割是很困难的）。 为了使气割过程顺利进行，往往在起割时使割炬倾斜一角度，等火焰穿透工件后，割炬一边移动一边逐渐将割炬恢复到垂直位置。 大厚度切割容易产生后拖，切割将要结束时由于后拖原因，工件底部有切不透现象，使工件不能分离。为了解决这个问，可在切割将要结束、割炬将要移出工件时，将割炬后倾约10°左右，并放慢切割速度，这样可减少后拖。 切割厚度300mm以上的大厚度工件时，要选用大型号的割炬和割嘴，而且气割时氧气要供应充足。开始切割时，预热火焰要大，首先由工件的边缘棱角处开始预热，将工件预热到切割温度时，逐渐开大切割氧气并将嘴头后倾；待工件边缘全部切透时，加大切割氧气流，并使嘴头垂直于工件，同时割嘴沿割线向前移动。切割更大厚度钢板时前进速度更慢，割嘴要作横向月牙形摆动（见图10）。 如果氧气流进入工件过我〔见图11(b)〕或火焰过如，上部起割后就移动割炬，会出现图11(c)所示的现象，并产生图11(d)所示的结果，在端部下方残留未割穿的角形部分。如果切割氧压力过高或切割速度不合适，将会出现图11(e)所示的现象。切割氧压力过低或起割时割炬移动速度过快，会出现图11(f)所示的情况。这些不正确的起割方式都会导致切割失败。 大厚度碳钢和低合金钢的手工气割工艺参数见表7和表8。 表7 大厚度碳钢和低合金钢的手工气割工艺参数 板厚/mm 氧气压力/kPa 单位切割长度的气体耗量/L.m-1 预热氧 切割氧 氧气 乙炔 300 350 400 450 500 550 600 294 392 392 490 490 588 588 1176～ 1176～1740 1176～1740 1470～1764 1470～1764 1764～2156 1764～2156 5800 8000 11200 15500 21600 29500 38600 300 380 460 550 650 － － 表8 大厚度碳钢和低合金钢低压大流量氧手工切割工艺参数 钢材板厚/mm 切割氧孔直径/mm 切割氧压力/kPa 切割氧耗量/L.h-1 305 406 508 610 711 813 914 1016 1118 1219 3.74～5.6 4.32～7.36 4.93～8.44 5.61～8.44 6.35～9.53 6.35～9.53 7.37～10.72 7.37～10.72 7.37～11.90 8.44～11.90 225～333 176～372 147～352 196～333 176～284 206～352 176～274 206～314 176～352 196～274 28300～42500 36800～56600 48200～70800 56600～85000 65200～99100 76400～113300 85000～127200 96300～141600 107500～156000 113300～169800 注：对其他厚度的钢材，切割氧耗量Q可按公式Q＝0.09～0.14δ(m3/h)计算。 （2）薄钢板的气割 气割厚度4mm以下的钢板时，因钢板较薄，氧化铁渣不易吹掉，而且冷却后氧化铁渣粘在钢板背面更不易清除。薄板受热快而散热慢，当割嘴刚过去时，因割缝两边还处在熔融状态，这时如果切割速度稍慢及预热火焰控制不当，易使钢板变形过大，且钢板正面棱角也被熔化，形成割开后又熔合在一起的现象。 气割薄板时，为了得到较好的切割效果，应注意以下几点： ① 预热火焰功率要小，加热点落在切割线上，并处于切割氧流的正前方； ② 割嘴应向前倾斜，与钢板与25°～45°角，割嘴与工件表面的距离为10～15mm； ③ 切割速度要尽可能快； ④ 选用G01-30割炬及小号割嘴。 厚度3～6mm钢板使用1号割嘴可以进行正常气割，主要问题是工件因受热变形而发生翘曲。如切割板条时，出现平面侧弯；在切割板边、板内开孔和成形零件时，则产生上凸下凹变形，难以获得正确的零件形状和尺寸精度。 为此，对于一般低碳钢板，为了尽可能减小切割变形，在减小预热火焰功率、提高火焰集中度的同时，可在切割过程中一边切割，一边洒水进行冷却，也可在板内穿孔进行周边切割以减小变形。 图12所示为气割薄板时洒水管的配置。洒水管与割嘴的垂直距离为20～50mm（以50mm为最佳），洒水量以2L/min为宜，水量过多并不能产生更好的效果。洒水管可使用一般像胶管。割嘴使用最小呈的，预热燃气应采用乙炔（因火焰的热扩散性小），而不可用丙烷和石油气。洒水冷却法气割薄板的工艺参数见表9。 表9 洒水冷却法气割薄板的工艺参数 板厚/mm 割嘴号码 切割速度/mm.min-1 切割氧压力/kPa 乙炔压力/kPa 割嘴高度/mm 3.2 0 650 196 19.6 8 4.5 0 600 196 19.6 8 6.0 0 550 196 19.6 8 厚度在4mm以上的钢板，很容易进行气割，而且可以保证割缝质量。但气割厚度3mm以下薄板则有些困难，特别是切割技术不熟练时，一般切割质量不理想。气割较薄的钢板时，薄板变形和翘曲更为严重，而且由于火焰的高温，会使切口边缘同时发生熔化并粘积在钢板切口的底面，很难清除。甚至会出现前面割出的切口随后又熔合在一起的现象，切割质量很差。 为了顺利切割这种极薄板，可使用BG01-0.5型手工割炬和阶梯形割嘴。也可将最小号射吸式割嘴用钢丝堵塞2～3个预热孔。薄钢板机械切割时应选用1号割嘴，手工切割时选用G01-30型割炬和小号割嘴。这样可使热影响区宽度减小，并能消除割缝边缘的过热现象。 预热火焰要小，割嘴后倾角加大到30°～40°，割嘴与工件距离加大到10～15mm，在切割不中断的情况下切割速度尽可能快些。还要注意在切割氧放出后应使火焰成笔直的单线针状。如果火焰形状不对，应该及时修整或更换切割氧割嘴。 另一种气割薄板的工艺方法是使用氧帘割嘴，不但切割速度快，切口质量好，而且工件变形也很小。对于极薄板的切割加工也可采用叠板气割工艺，或者用策束等离子弧切割乃至激光切割。 3． 多层叠板的气割 （1）叠板气割的特点 叠板气割是把数张乃至数十张薄钢板板叠成一摞进行切割的一种高效气割法，图13所示为多层叠板气割的示意。这种方法特别适用于厚度1.0～5.0mm薄钢板的切割，这类薄板气割时因热变形很难获得所需形状和尺寸精度良好的零件。板厚大于14mm后，由于不易压紧，就不适合用这种方法。 与单层切割相比，叠板气割具有以下优点： ① 减小切割时间，提高生产效率。叠板总厚度100～120mm时，切割效率高于高速等离子弧单件切割的效率； ② 切割质量好，单张板之间的间隙小于0.1mm时可获得无粘渣的切割边； ③ 板与板之间的摩擦力限制了切割过程中的热变形，割出的零件具有良好的尺寸精度； ④ 气体消耗量大大降低，显著的节约能源，降低生产成本。 实现叠板气割的重要条件是板与板之间必须贴紧，切割前要将多层钢板夹具夹紧，尽可能不留空隙。为了夹紧钢板，一般可采用大的卡兰夹紧，也可用两张厚度8mm左右的钢板作为上、下盖板。如果钢板的尺寸大，可使用气动压紧装置。对比较平整的薄板，也可用焊接方法将叠板固定，如图14所示。 为了使开始起割顺利，可将上、下钢板错开，使端面叠成3°～5°的倾角。 叠板气割可切割0.5mm以上的钢板，总厚度不宜超过120mm。叠板切割最好选用切割能力大于总厚度的割嘴，要有充分的余量。叠板气割用的设备一般采用半自动气割机，零件外形复杂可使用移动式仿形气割机。如果零件尺寸比较大，而同形零件的批量又多，也可采用专用自动化叠板切割设备。 图15所示为叠板光电跟踪自动气割装置。它由光电跟踪装置、水冷式6割炬切割门架、压紧装置等构成。适用于切割厚度6～14mm的钢板组成的叠板，最大叠板总厚度120mm。 2）叠板气割工艺要点 ① 每张待切割钢板的表面必须平整、清洁，允许有轻度锈痕。 ② 钢板之间的间隙（一般不应超过0.5mm）对切割质量和切口下缘粘渣程度有很大影响。切割面粗糙度要求低于50μm时，间隙应控制在0.1mm以内。 ③ 叠板总厚度较大时，为了便于起割，应把上面的每张板边稍伸出一些（见图14）。这样，实际切割厚度逐渐增大，有利于保证切割质量。必须从板的内部开始起割的场合，可采用预钻起割孔的方法，从钻孔处割入。 ④ 为确保割出零件的质量，可在叠板的上表面加放一张薄板，作为工艺板。 ⑤ 割嘴选用切割氧压力0.69MPa的气-丙烷扩散型割嘴。切割气孔径按下述原则选定： a． 叠板总厚度≤30mm时，割嘴的切割能力应大于总厚度10％； b． 叠板总厚度≤50mm时，割嘴的切割能力应大于总厚度的80％～90％（例如，总厚度为60mm，应选用能切割厚度110mm的割嘴）。 ⑥ 预热火焰功率增大些，但火焰应采用轻微碳化焰。 ⑦ 切割速度应比同等厚度单板的切割速度减慢约5％。 多层叠板光电跟踪自动气割装置的切割工艺参数见表10。氧-乙炔半自动叠板气割的工艺参数见表11。 表10 多层叠板光电跟踪自动气割装置的切割工艺参数 叠板总厚度 /mm 割嘴种类 切割氧 丙烷压力 /MPa 切割速度 /mm.min-1 切割面粗 糙度/μm 压力/MPa 流量/m3.h-1 6×16＝96 扩散形 0.69 22 0.04 225 50以下 9×11＝99 扩散形 0.69 22 0.04 225 50以下 12×10＝120 扩散形 0.69 22 0.04 200 50以下 表11 氧-乙炔半自动叠板气割的工艺参数 钢板厚度 与层数 /mm 表面锈 蚀程度 割嘴切 割氧孔 径/mm 氧气 压力 /MPa 乙炔压力 /MPa 切割速度 /mm.min-1 夹紧力 /kN 板与板 的间隙 /mm 切割面 粗糙度 /μm 6×3 重 0.75 0.79 0.029～0.039 250 9.8×2 0.60 25 6×3 重 0.75 0.79 0.029～0.039 380 8.17×2 0.15 25 6×3 重 0.75 0.79 0.029～0.039 410 8.17×2 0 25 6×5 重 0.75 0.79 0.029～0.039 230 16.34×2 0 25 6×5 无 0.90 0.79 0.029～0.039 390 16.34×2 0 25 6×8 重 0.90 0.79 0.029～0.039 180 19.60×2 0.4 25 6×12 轻 0.90 0.79 0.039～0.049 160 16.34×2 0.4～0.5 25 14×2 重 0.65 0.79 0.039～0.049 410 － 0.1～0.2 12.5 14×6 轻 1.45 0.79 0.039～0.049 235 － 0.03～0.34 － 注：1、割嘴为GK1型扩散形割嘴。 2、厚度14mm钢板因刚度大，夹紧后其间隙无变化。 3、被切割材料为Q235低碳钢。 生产实践证明，采用多层叠板切割工艺，切割厚度1.5～2mm的钢板能获得满意的切割质量。把薄钢板叠 成25～50层，可用起割一次切开，切口质量良好。 4． 圆钢和钢管的气割 （1）圆钢的高效气割 圆钢的高效气割是把数根圆钢平行紧靠排列进行连续气割的工艺，如图16所示。先将第1根圆钢预热到燃烧温度，利用适当后倾的割炬以一定的速度进行切割。当割炬行至3～4和6～7位置时，切口中的熔融氧化铁加热下一根圆钢表面并达到燃点，在切割氧流的作用下开始气割过程，于是使数根圆钢得以连续的进行切割。连续切割的根数取决于圆钢的直径和切割机上割炬的有效行程。 切割圆形截面半成品时，最好在开始切割处用扁铲作出割痕，因为切割开始处有毛剌，能迅速地加热到熔化状态，切割过程容易开始。 在圆钢切割过程中，实际切割厚度经常处于变化中，切割速度也要随之变化。实践中，通常取一个相对合适的平均速度作为切割速度。此外，割炬高度从Ⅰ～Ⅲ位置需加以调节，以后只要保持Ⅲ的高度即可。割炬后倾角α取决于圆钢直径和平均切割速度，由试验确定。连续气割碳素钢圆钢的工艺参数见表12。 表12 连续气割碳素钢圆钢的工艺参数 圆钢直径 /mm 割炬倾角 /（°） 切割速度 /mm.min-1 氧气压力 /MPa 天然气压力 /kPa 割嘴孔径 /mm 气体消耗量/m3.min-1 氧气 天然气 45 35 375 0.39 59 1.2 0.055 0.004 60 35 320 0.49 59 1.5 0.095 0.008 80 32 255 0.49 59 1.5 0.147 0.012 100 32 225 0.49 59 1.5 0.215 0.015 120 32 190 0.54 69 1.7 0.275 0.019 140 30 175 0.59 69 2.0 0.310 0.025 160 30 160 0.64 79 2.0 0.380 0.029 180 30 150 0.64 79 2.5 0.570 0.035 圆钢连续气割的高效性在于单根圆钢气割时因起割处外表面是圆弧，预热时间占整个切割时间的40％～50％。连续气割时只需预热第1根圆钢，因此可使其切割效率提高1．5倍。 （2）钢管的气割 钢管的气割分为固定钢管和转动钢管的气割。不论哪一种管件的气割，预热时，火焰均应垂直于钢管的表面。待切透以后，将割嘴逐渐倾斜，直到接近于管子的切线方向后，再继续切割。 固定钢管（横吊管）的气割如图17所示，首先从管子的下部（仰脸位置）开始预热。切割时，割嘴沿接近管子的切线方向按图中1所示的方向进行切割。当切割到管子的水平位置时，关闭切割氧，再将割炬移到管子的下部并沿图中2所示的方向继续切割。 这种由下至上的气割方法有以下优点： ① 切缝看得清楚，割炬移动方便； ② 当气割终了时，割炬正好在水平位置，不易被已切断的管子碰坏嘴头。 转动钢管的气割和快速气割示意如图18所示。首先预热管侧部位，嘴头与管子表面接近垂直。切透后嘴头往上倾斜并与管子成接近切线角度。切割过程中，割炬应不断改变位置，以保持这一切割角度。切割一段后暂时停止，将管子稍加转动后，再继续切割。较小直径的管子可分2～3次割完，较大直径的管子可多分几次，但分锻越少对切割越好。 大直径钢管或圆筒的快速气割如图18(b)所示。把圆管置于回转胎具上按逆时针方向转动，将割炬设在偏离圆管顶面一定距离处。切割时，切割氧流相对切口前缘形成一个攻角，同时炽热的熔渣沿管壁内、外表面把切口前缘预热至很高温度，大大加速了铁-氧燃烧反应，使切割速度大为提高。 割炬偏离管顶的距离按以下方法确定：从切割点作管子外圆的切线，使割炬轴线与此切线成15°～25°角，管壁厚时角度取大一些。 当采用适当的扩散形割嘴气割时，可达到下列切割速度： ① 钢管直径300～1020mm、壁厚12mm，切割速度15..～2500mm/min； ② 钢管直径700～800mm、壁厚10mm，切割速度3500～3600mm/min。 快速气割工艺在螺旋管生产线上用于管子害长切割。为了缩短预热时间，可采用起割处附加低碳钢粒或短段钢丝的办法来加速起割。 5． 难切割材料的气割 （1）不锈钢的振动气割 不锈钢在气割时生成难熔的Cr2O3，所以不能用普通的火焰切割方法进行切割。不锈钢焊接结构的制造中，如果厚度适宜，应尽量采用切割质量好、效率高的等离子弧切割工艺。但是等离子弧切割的厚度有限。随着厚度的增加，电源的功率增加，切割质量变差，电极喷嘴耗损严重。当厚度超过100mm时，用等离子弧切割方法已难以切割。 对于虽有等离子弧切割条件，但遇到需要切割厚度150～200mm以上的不锈钢冒口或大厚度钢板时，或没有等离子弧切割条件时，可采用振动切割和金属粉末切割法（氧-熔剂切割法）。也可以采用氧-熔剂切割的工艺方法。 振动切割法是采用普通割炬而使割嘴不断摆动来实现切割的方法。这种方法虽然切口不够光滑，但突出的优点是设备简单、操作技术容易掌握，而且被切割工件的厚度可以很大，甚至可达300mm以上。 不锈钢振动切割的示意如图19所示。 不锈钢振动切割的工艺要点如下： 采用普通的G01-300型割炬，预热火焰较一般碳钢切割火焰要大且集中。氧气压力要大15％～20％，采用中性火焰。切割开始时，先用火焰加热工件边缘，待其达到红热熔融状态时，打开切割氧气阀门，少许抬高割炬，熔渣即从切口处流出。此时割炬应立即做一定幅度的前后、上下摆动，便可进行连续切割。 割嘴摆动的频率为每分钟80次左右，振幅为10～15mm。利用火焰的高温（3200℃）来破坏切口处的氧化膜，使铁继续燃烧，并借助于火焰中的氧流前后、上下振动的冲击研磨作用，冲掉熔渣，达到连续切割的目的。 （2）复合钢板的气割 不锈复合钢板的气割不同于一般碳钢的气割。由于不锈钢复合层的存在，给切割带来一定的困难，但它比单一的不锈钢板容易切割。用一般切割碳钢的规范来切割不锈复合钢板，经常发生切不透的现象。保证不锈复合钢板切割质量的关键是使用较低的切割氧气压力和较高的预热火焰氧气压力。因此，应采用等压式割炬。 切割不锈复合钢板时，基层（碳钢面）必须朝上，切割角度应向前倾，以增加切割氧流所经过的碳钢的厚度，这对切割过程非常有利。操作中应注意将切割氧阀门开得较小一些，而预热火焰调得较大一些。 切割16mm＋4mm复合钢板时，采用半自动自动切割机分别送氧的气割工艺参数为：切割氧压力0.2～0.25MPa，预热气压力0.7～0.8MPa。改用手工切割后所采用的切割工艺参数为：切割速度360～380mm/min，氧气压力0.7～0.8MPa，割嘴直径为2～2.5mm（G01-300型割炬，2号嘴头），嘴头与工件距离5～6mm。 （3）铸铁的振动气割 铸铁材料的振动气割原理和工艺基本上与不锈钢振动切割相同。切割时，以中性火焰将铸铁切口处预热至熔融状态后，再打开切割氧气阀门，进行上下振动切割。每分钟上下摆动60次左右。铸铁厚度在100mm以上时，振幅为8～15mm。当切割一段后，振动次数可逐渐减少，甚至可以不用振动，而像切割碳钢板那样进行操作，直至切割完毕。 切割铸铁时，也有采用沿切割方向前后摆动或左右横向摆动的方法进行振动切割的，如采用横向摆动。根据工件厚度的不同，摆动幅度可在8～10mm范围内变动。 （4）合金钢的气割 合金钢因含有较多的合金元素，如C、Mn、Mo、Cr、Ni、Si、W等，这些元素对钢材的气割性能有很大的影响。一些元素还使钢材产生淬硬倾向，而气割过程的热循环特点是快速加热并迅速冷却，切割边缘会出现淬硬组织，特别是在工件厚度大、环境温度低的场合。因此，一些合金钢为了恢复其切割前的性能，切割后还需进行热处理。 切割中、高碳钢和各种低合金钢时，钢的碳当量对气割性能的影响见表13，一些大厚度低合金钢的割前预热和割后热处理措施见表14。 表13 钢的碳当量对气割性能的影响 碳当量/％ 气割性能 钢号举例 < 0.6 无工艺上的限制，不需预热即可气割 15Mn,20Mn,10Mn2,15Mo,15NiMo 0.6～0.8 夏季允许不预热情况下切割，冬季在切割厚钢材和形状复杂零件时需加热到<150℃> 30Mn,35Mn,40Mn,30Mn2,15Cr,20Cr,15CrV, 10CrV,15CrMn,10Mo,12CrNi<3A>,20CrNi<3A> 0.8～1.1 为了防止淬火裂纹，需预热或随同切割加热到200～<300℃> 50Mn,65Mn,70Mn,35Mn2,45Mn2,50Mn2,40Cr, 50Cr,12CrMo,15CrMo,20CrMo,30CrMo,35CrMo, 20CrMn,40CrMn,40CrNi,50CrNi,12CrNi4, 30CrNi4,40CrVa > 1.1 为了避免出现裂纹，需预热至300～<450℃>或更高温度，并随后缓冷（放入炉中或用隔热材料保温）。含碳量大于1.2％的钢难以气割 25CrMnSi,30CrMnSi,35CrMnSi,50CrMnSi, 33CrSi,40CrSi,35CrAlA,20Cr3,35Cr2MoA, 25CrNiWA,40CrMnMo,45CrNiMoVA,50CrMnA, 50CrAlA,50CrMnVA,50CrNiMo,12Cr2Ni3MoA 注：碳当量（％）计算公式为 Ceq＝C+0.16Mn+0.3 (Si+Mn)+0.4Cr+0.2V+0.04 (Ni+Cu) 表14 一些大厚度低合金钢的割前预热和割后热处理措施 钢号 切割厚度/mm 预热温度/℃ 割后热处理 20SiMn 1000以上 200～250 保温缓冷 37SiMn2MoV 38SiMn2Mo 20Cr3WMoV 34CrMoV 34CrMoA 600以上 250～350 立即进炉保温缓冷或回火 60SiMnMo 60CrMnMo 5CrSiMnMoV 5CrMnMo 3Cr2W8V 400以上 420～450 立即进炉630～650℃回火 注：锻件应在最终热处理前切割，铸件应在消除铸造应力后进行切割。 合金元素含量较高的钢，切割前的预热温度应根据钢的切割碳当量确定。有关文献推荐的合金钢切割前预热温度的计算公式为 Tph＝500[Ceq（1+0.0002δ）－0.45]-1/2 （2） 式中 Tph——切割前预热温度，℃； δ——工件厚度，mm； Ceq——切割碳当量，％。 Ceq＝C+0.155 (Cr+Mo)+0.14 (Mn+V)+0.11Si+0.045 (Ni+Cr) （3） 当被切割的工件厚度小于100mm时，厚度影响很小，可略去不计。于是公式（2）可简化为 Tph＝500（Ceq－0.45）－1/2 （4） 由公式（4）可知，对厚度小于100mm的钢材，其切割碳当量Ceq≤0.45％时，一般不需切割前预热。 高合金钢切割前预热和割后热处理条件见表15。 表15 高合金钢切割前预热和割后热处理条件 钢的组织类型 预热条件 割后热处理 马氏体 250～<350℃> 淬火并回火，或650～950℃ 马氏体+铁素体 一般不预热，厚大截面、外形复杂的 零件预热250～350℃ 650～<95℃>回火或退火 铁素体 不需预热 加热至750～850℃，水淬 奥氏体+铁素体 不需预热 不需割后热处理 奥氏体 不需预热 加热至1050～1150℃随后快冷， 或气割时用水急冷边缘 气割厚度100mm以下的高碳钢和合金元素含量高的钢材时，应适当放慢切割速度。这样有助于降低冷却速度和切割工件边缘的淬硬性，对切割后需进行机械加工的工件尤为必要。切割这些钢材时适宜的切割速度可根据下达公司确定，即 υ＝υo×0.8〔1-(Ceq－0.45)－1/2〕 （5） 式中 υ——合金钢的气割速度，mm/min； υo——同等厚度碳钢（Ceq≤0.45％）的气割速度最佳值，mm.min； Ceq——被切割钢材的碳当量，％，按公式（3）计算。 合金钢的燃点和熔点等一般比碳钢要高一些，因此预热火焰的功率也要适当增大。