气焊与气割的工作原理

（一）气焊的工作原理

气焊是利用气体火焰作为热源将两个工件的接头部分熔化，并熔入填充金属，熔池凝固后使之成为一个整体的一种熔化焊接方法。气焊示意如图5-1所示。由于所用的设备和工具简单，通用性大，焊接较薄、较小的工件时不易焊穿，无电源情况下也能使用，因此仍然被应用在小口径管道和薄壁机件的制造和安装，以及用于修补损坏的机件和铸件缺陷等。

图5-1　气焊示意图

（二）气割的工作原理

气割是利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的方法。钢材气割示意图如图5-2所示。气割的效率高、成本低、设备简单，并能对各种位置进行切割和在工件上切割各种外形复杂的零件。因此，它被广泛用于手工工件下料、焊接坡口和铸件浇冒口的切割。气割一般常用于切割各种碳钢和普通低合金钢。

图5-2　气割示意图

一般把切割分为火焰切割、电弧切割和冷切割三类（主要介绍热切割）。

1.火焰切割

火焰切割是用可燃气体、可燃固体或液体燃料的气化物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰对工件进行加热

使之熔化，利用氧化铁燃烧过程中产生的高温烧损金属，再用流体将其吹开的一种切割方法。金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完成的，气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。气割时应用的设备器具除割炬外均与气焊相同。气割过程是预热→燃烧→吹渣的过程，但并不是所有金属都能满足这个过程的要求。可气割的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢以及钛等，而铸铁、不锈钢、铝和铜等难以用气割作业。火焰切割是传统的热切割方式，其切割金属厚度范围从1mm到1m。火焰切割设备或厚金属板成本低，切割薄板方面有其不足之处。

火焰切割时常用的火焰有乙炔火焰、石油气火焰、煤气火焰、天然气火焰等。

2.碳弧气刨

使用石墨棒或碳棒与工件间产生的电弧将金属熔化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加工沟槽的方法。碳弧气刨具有效率高、噪声小、价格低廉和适用性广等优点，目前已广泛应用于铸造、锅炉、造船、化工等行业。

3.等离子弧切割

等离子弧切割是利用等离子弧的热能实现切割的方法。是一种常用的金属和非金属材料切割工艺方法。

等离子弧的温度高，远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，因而比氧化切割方法的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料。

利用环形气流技术形成细长稳定的等离子电弧，保证了能够平稳且经济地切割任何导电的金属。

4.激光切割

激光切割就是利用激光束的热能实现切割的方法。具有精度高、切割快速、不受切割图案限制、切口平滑等特点。激光切割共有三类：激光熔化切割、激光火焰切割、激光气化切割。在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称为激光熔化切割。激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体，借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。由于此效应，对于相同厚度的结构钢，用该方法可得到的切割速率比熔化切割要快。在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。

（三）气焊与热切割的安全特点

热切割的共同特点是作业时必定产生大量的热和金属氧化物，作业环境较差，伴随有大量热、烟雾、灰尘、噪声和光污染等。

气焊或气割使用的乙炔、液化石油气、氢气等都是易燃易爆气体，氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶和乙炔发生器都属于压力容器。在补焊燃料容器和管道时，还会遇到其他许多易燃易爆气体和各种压力容器。由于气焊与气割操作需要与可燃气体和压力容器接触，同时又使用明火，如果焊接设备或安全装置有缺陷（故障），或者违反安全操作规程，就可能造成爆炸和火灾事故。

在气体火焰的作用下，尤其是气割时氧气射流的喷射，使火星、熔珠和铁渣四处飞溅，易造成烫伤事故。而且较大的熔珠和铁渣能飞溅到距离操作点5m以外的地方，引着易燃易爆物品，造成火灾和爆炸。

气焊与气割的火焰温度高达3000℃以上，被焊金属在高温下蒸发，冷凝形成烟尘，在焊接铅、镁、铜等有色金属及其合金时，除了有毒金属蒸气外，焊粉还散放出氯盐和氟盐等燃烧产物。

黄铜的焊接过程中放出大量的锌蒸气，铅的焊接过程中放出铅和氧化铅等有毒蒸气。在焊补操作过程中，还会遇到其他有毒物质，尤其是在密闭容器、管道内的气焊操作，可能造成焊工中毒。