第三章 钢管的焊接连接

第一节 气焊和气割

一、气焊

气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产生的高热熔化焊件和焊丝而进行金属连接的一种焊接方法。所用的可燃气体主要有乙炔气、液化石油气、天然气及氢气等。目前常用的是乙炔气和液化石油气，乙炔气在纯氧中燃烧时放出的有效热量最多。

气焊工作系统如图3-1所示。

乙炔气是用水分解电石（CaC₂）来制取，反应式为

CaC₂+2H₂O—→C₂H₂+Ca（OH）₂+热量

理论上，氧-乙炔火焰若是完全燃烧，可用下述化学反应方程式表示：

C₂H₂+2.5O₂—→2CO₂+H₂0+热量

事实上，燃烧是由一次反应和二次反应来完成的，因此火焰可分成明显的三层，由内向外分别叫做焰心、内焰（一次反应）和外焰（二次反应）。

当内焰中氧与乙炔的比值变化时，可形成中性焰（O₂/C₂H₂=1.0～1.2）、碳化焰（O₂/C₂H₂＜1）和氧化焰（O₂/C₂H₂＞1.2），如图3-2所示。一般碳钢和有色金属材料多采用中性焰进行焊接。正常氧-乙炔焰的最高温度在内焰，距焰心2～4mm。

气焊操作容易掌握、所用设备价格低廉，且焊工能够控制热量输入值、焊接气氛及焊道的尺寸、形状，但焊接速度慢，焊缝的机械性能不如电焊焊缝。

二、气割

气割是利用金属在高温（金属燃点）下与纯氧燃烧而使金属切断的方法。气割开始时，用氧-乙炔焰（预热火焰）将金属预热到燃点（在纯氧中燃烧的温度），然后通过切割氧（纯氧），使金属剧烈燃烧生成氧化物（熔渣），同时放出大量热，熔渣被氧气流吹掉，所产生的热量和预热火焰一起将下层金属加热到燃点，因此，当氧气流将生成的氧化物吹掉并与未燃金属接触时，这些未燃金属也要开始燃烧，如此继续下去就可将整个厚度切开。反应方程式为

3Fe +2O₂—→Fe₃O₄+热量

适于用氧气切割的金属应具备下面的条件：

1）金属的燃点低于熔点；

2）金属氧化物的熔点低于金属的熔点，且流动性要好；

3）金属的导热性应小。

目前气割主要用于切割各种碳钢和普通低合金钢。

三、常用设备及工具材料

1. 乙炔发生器

是水与电石（CaC₂）相互作用，产生并储存乙炔的设备。按乙炔的压力P可分为低压式乙炔发生器（P＜0.045MPa）和中压式乙炔发生器（P=0.045～0.15MPa）。

2. 氧气瓶

储存和运输高压氧的高压容器。常用容积为40L，工作压力为15MPa，可容6Nm³氧气。

3. 双气体燃料发生器

这是一种推广使用的新产品，在发生器内可将水电解成氢气和氧气，然后按最佳比例混合，从而取代氧气瓶和乙炔发生器。

4. 氧气减压器

用于显示氧气瓶内氧气及减压后氧气的压力，并将高压氧降到工作所需要的压力，且保持压力稳定。

5. 焊炬

是气焊时用来混合气体和产生火焰的工具。按可燃气体与氧气的混合方式分为射吸式焊炬和等压式焊炬两类。

6. 割炬

是氧-乙炔火焰进行切割的主要工具，火焰中心喷嘴喷射切割氧气流对金属进行切割。也分射吸式和等压式。

气焊所用材料主要有焊丝、电石和气焊粉。焊丝的化学成分直接影响焊缝金属的机械性能，应根据工件成分来选择焊丝，气焊丝的直径为2～4mm。为保护熔池与提高焊缝质量，需采用气焊粉，其作用是除去气焊时熔池中形成的高熔点氧化物等杂质，并以熔渣覆盖在焊缝表面，使熔池与空气隔离，防止熔池金属氧化。在焊铸铁、合金钢及各种有色金属时，必须采用气焊粉，低碳钢的气焊不必用气焊粉。

气焊规范主要指对焊丝直径、火焰能率、操作时的焊嘴倾斜角和焊接速度根据不同工件正确选用，并严格执行。