气割的原理及参数选择

基础知识

一、气割原理

气割是利用气体火焰的热能将钢件切割处预热到一定温度，喷出高速切割氧流使其燃烧，以实现金属切割的方法。

氧气切割过程包括下列三个阶段：

1.气割开始时，用预热火焰将起割处的金属预热到燃烧温度（燃点）。

2.向被加热到燃点的金属喷射切割氧，使金属剧烈地燃烧。

3.金属燃烧氧化后生成熔渣，产生反应热，熔渣被切割氧吹除，所产生的热量和预热火焰热量将下层金属加热到燃点，这样继续下去就将金属逐渐地割穿，随着割炬的移动，就切割成所需的形状和尺寸。

因此，氧气切割过程是预热—燃烧—吹渣过程，其实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。

二、常用金属材料的气割性能

根据金属材料的切割条件，气割性最好的金属有铁、钛和钒等。低碳钢和普通低合金钢气割性能也很好，是目前氧气气割加工的主要对象。铸铁、高铬钢、不锈钢、高碳钢、铝及铝合金，铜及铜合金均不能采用氧气切割，可用等离子弧切割。

任务实施

一、气割的条件

金属材料切割应具备以下五个条件才能用氧气切割，即：

1.金属材料的燃点应低于熔点；

2.金属氧化物的熔点应低于金属的熔点；

3.金属的导热性要差；

4.金属燃烧时应是放热反应；

5.金属中含阻碍切割过程进行和提高淬硬性的成分及杂质要少。

二、气割参数的选择

气割工艺参数主要包括割炬型号和切割氧压力、气割速度、预热火焰能率、割嘴与工件间的倾斜角、割嘴离工件表面的距离等。

1.割炬型号和切割氧压力

被割件越厚，割炬型号、割嘴号码、氧气压力均应增大。当割件较薄时，切割氧压力可适当降低。但切割氧的压力不能过低，也不能过高。若切割氧压力过高，则切割缝过宽，切割速度降低，不仅浪费氧气，同时，还会使切口表面粗糙，而且还将对割件产生强烈的冷却作用。若氧气压力过低，会使气割过程中的氧化反应减慢，切割的氧化物熔渣吹不掉，在割缝背面形成难以清除的熔渣黏结物，甚至不能将工件割穿。除上述切割氧的压力对气割质量的影响外，氧气的纯度对氧气消耗量、切口质量和气割速度也有很大影响。氧气纯度降低，会使金属氧化过程缓慢、切割速度降低，同时，氧的消耗增加。

2.气割速度

一般气割速度与工件的厚度和割嘴形式有关，工件愈厚，气割速度愈慢，相反，气割速度应较快。气割速度由操作者根据割缝的后拖量自行掌握。所谓后拖量，是指在氧气切割的过程中，在切割面上的切割氧气流轨迹的始点与终点在水平方向上的距离。

在气割时，后拖量总是不可避免的，尤其气割厚板时更为显著。合适的气割速度，应以使切口产生的后拖量比较小为原则。若气割速度过慢，会使切口边缘不齐，甚至产生局部熔化现象，割后清渣也较困难；若气割速度过快，会造成后拖量过大，使割口不光洁，甚至造成割不透。

总之，合适的气割速度可以保证气割质量，并能降低氧气的消耗量。

3.预热火焰能率

预热火焰的作用是把金属工件加热至金属在氧气中燃烧的温度，并始终保持这一温度，同时还使钢材表面的氧化皮剥离和熔化，便于切割氧流与金属接触。气割时，预热火焰应采用中性焰或轻微氧化焰。碳化焰因有游离碳的存在，会使切口边缘增碳，所以不能采用。在切割过程中，要注意随时调整预热火焰，防止火焰性质发生变化。预热火焰能率的大小与工件的厚度有关，工件越厚，火焰能率应愈大，但在气割时应防止火焰能率过大或过小的情况发生。

4.割嘴与工件间的倾角

割嘴倾角的大小主要根据工件的厚度来确定。一般气割4 mm以下厚的钢板时，割嘴应后倾25°～45°；气割4～20 mm厚的钢板时，割嘴应后倾20°～30°；气割20～30 mm厚的钢板时，割嘴应垂直于工件；气割大于30 mm厚的钢板时，开始气割时应将割嘴前倾20°～30°，待割穿后再将割嘴垂直于工件进行正常切割，当快割完时，割嘴应逐渐向后倾斜20°～30°。割嘴与工件间的倾角详见图2-12所示。

图2-12  割嘴与工件间的倾角示意图

割嘴与工件间的倾角对气割速度和后拖量产生直接影响，如果倾角选择不当，不但不能提高气割速度，反而会增加氧气的消耗量，甚至造成气割困难。

5.割嘴离工件表面的距离

通常火焰焰芯离开工件表面的距离应保持在3～5 mm的范围内，这样，加热条件最好，而且渗碳的可能性也最小。如果焰芯触及工件表面，不仅会引起割缝上缘熔化，还会使割缝渗碳的可能性增加。

一般来说，切割薄板时，由于切割速度较快，火焰可以长些，割嘴离开工件表面的距离可以大些；切割厚板时，由于气割速度慢，为了防止割缝上缘熔化，预热火焰应短些，割嘴离工件表面的距离应适当小些，这样，可以保持切割氧流的挺直度和氧气的纯度，使切割质量得到提高。

拓展提高

气割质量的评定

切割面质量是评定气割质量的依据，而切割面质量是根据切割面平面度、割纹深度、缺口的最小间距三项参数进行分等，后拖量、上缘熔化度、挂渣不作质量分等评定。切割面质量等级分为Ⅰ、Ⅱ两级。