如何使用乙炔瓶进行气焊？

1.气焊的概述

气焊的示意图如图4－19所示，其原理是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧后产生的高温对金属材料进行焊接。在较长的一个时期内，气焊曾被机器制造业与维修行业普遍采用，但近些年来，由于惰性和活性气体保护电弧焊的发展，气焊逐渐被这些新技术的替代，其应用范围日益缩小。时至今日，气焊只是在薄钢板和有色金属的焊接和钎焊中以及在维修行业中有限地被采用，重要的结构件几乎都不用气焊。但利用气体火焰的气割和烘烤等工艺则不然，在钢材的下料、烘烤、成形矫正和钢制零件的局部热处理等方面，甚至利用气体火焰进行金属表面喷涂处理等工艺，需利用气焊的基本概念。在船舶上，常用气焊火焰对工件、刀具进行淬火处理，对纯铜皮进行回火处理，用于矫直金属材料和净化工件表面等。在船上无电或电力不足的情况下，气焊则能发挥更大的作用。此外，由微型氧气瓶和微型熔解乙炔气瓶组成的手提式或肩背式气焊气割装置，在旷野、山顶、高空作业中应用是十分方便的。

图4－19　气焊的示意图

1－焊炬；2－焊缝；3－熔池；4－工作；5－焊丝

气焊能够使用的可燃气体很多，有乙炔、氢气、液化石油气、煤气等，而最常用的是乙炔气。乙炔气的发热量大，燃烧温度高，制造方便，使用安全，焊接时火焰对金属的影响最小，火焰温度高达3100℃～3300℃。氧气作为助燃气，其纯度越高，耗气越少。

气焊具有如下特点。

（1）气焊的设备简单，移动方便，操作易掌握，但设备占用生产面积较大。

（2）气焊火焰对熔池的压力及对焊件的热输入量调节方便，故熔池温度、焊缝形状和尺寸、焊缝背面成形等容易控制。

（3）气焊焊炬尺寸小，但由于气焊热源温度较低，加热缓慢，生产率低，热量分散，热影响区大，焊件变形大，接头质量不高。

（4）气焊适于各种位置的焊接，特别适于焊接厚度在3 mm以下的低碳钢、高碳钢、铸铁以及铜、铝等有色金属及合金的薄板。

2.气焊设备

气焊所用的设备主要有氧气瓶、乙炔瓶或乙炔发生器、减压器、回火保险器和焊炬等，其气路连接如图4－20所示。

图4－20　气焊设备及其连接

1－焊炬；2－乙炔瓶；3－回火保险器；4－乙炔减压器；5－氧气减压器；6－氧气瓶

1）氧气瓶

氧气瓶用来储存和运输氧气，属于高压容器，其工作压力为15 MPa，容积为40 L，在15 MPa压力下可储存6 m3的氧气。氧气瓶的外表面涂有天蓝色漆，并用黑漆写上“氧气”字样。输送氧气的橡胶管一般为黑色或绿色。

氧气瓶必须放置在平稳可靠的位置，不得与其他气瓶混放在一起；氧气瓶与气焊操作地点或其他火源的距离应保持在5 m以上；氧气瓶严禁撞击和接触油脂；夏天要防止曝晒，冬季阀门冻结时严禁用火烘烤，可用热水解冻；氧气瓶内的气体不能用完，瓶内压力不得小于0.2 MPa。

2）乙炔瓶

乙炔瓶（见图4－21）用来储存和运输乙炔气体，其工作压力为1.5 MPa，容积为40 L。乙炔瓶的外表面涂有白色漆，并用红漆写上“乙炔”和“不可近火”字样。乙炔瓶内装有浸满丙酮的多孔填充物，利用乙炔能溶解于丙酮的特性，能使乙炔稳定、安全地储存在瓶内。使用时，溶解在丙酮内的乙炔分解出来，而丙酮仍留在瓶内，以便溶解再次灌入的乙炔。输送乙炔的橡胶管一般为红色。

图4－21　乙炔瓶

使用乙炔瓶时，除了应遵守氧气瓶的使用要求外，还应注意：瓶体温度不得超过30℃～40℃；搬运、装卸、存放和使用时应竖立放置；不能使其遭受剧烈晃动；必须配备回火保险器；乙炔瓶与氧气瓶的距离不得小于5 m，与气焊操作地点的距离应保持在10 m以上；存放地点必须通风良好。

3）乙炔发生器

乙炔发生器用来制造和贮存乙炔，通过水与电石（碳化钙）反应得到乙炔气体。使用时先向乙炔发生器、储气筒和回火保险器中注入水，使水从各自的溢水阀流出为止，然后关闭溢水阀；将电石篮升降杆移至最后一挡，使电石篮与水分离；装入电石后，用开盖手柄关闭发气室，再将电石篮升降杆移至最左一挡，使电石与水接触，产生乙炔气体；电石反应结束后，若要继续使用，应先将发气室的溢水阀打开，降低发气室的压力，然后再打开上盖，添加电石。工作完毕后，向下拉电石渣开关杆，将橡皮塞顶起，使电石渣自动流出，然后用清水冲洗干净。

乙炔属于易燃易爆气体，故必须严格按安全使用规程操作乙炔发生器。在乙炔发生器上必须安装回火保险器；乙炔发生器周围应严禁火种；移动式乙炔发生器应置于空气流通处，并距操作地点10 m以上；必须对乙炔发生器定期进行检查。

4）减压器

减压器用来将高压气体转变为低压气体。气焊使用的气体压力一般比较低，因此，气瓶内输出的高压气体必须减压后才能使用。减压器的作用就是降低气体压力，并保持降压后的气体压力稳定不变，而且可以调节减压器输出气体的压力。

减压器的工作示意图如图4－22所示。调压螺钉松开后，活门弹簧将活门关闭，减压器处于关闭状态，从气瓶过来的高压气体停留在高压室中，高压表显示高压气体的压力，也即气瓶内气体的压力。拧入调节螺钉，使调压弹簧受压，活门被顶开，高压气体由活门处进入低压室，由于气体体积膨胀，使气体压力下降，低压表显示出低压气体的压力。随着低压室中气体压力增加，压迫薄膜和调压弹簧，使活门开启度逐渐减小；当低压室内的气体压力达到一定数值时，活门将关闭。调整调节螺钉的拧入程度，可以改变低压室内的气体压力，获得所需要的工作压力。焊接时，低压气体从出气口流出通向焊炬，低压室内气体压力下降，使薄膜上鼓，顶开活门，高压气体经活门进入低压室，补充输出的气体；当输出的气体增多或减少时，活门的开启度也相应增大或减小，使输出气体压力保持稳定。

5）回火保险器

必须使用安装回火保险器（也称为回火防止器）的乙炔瓶，回火保险器装在乙炔减压器和焊炬之间，是用来防止火焰沿乙炔管回烧的安全装置。正常气焊时，气体火焰在焊嘴外面燃烧。但当气体压力不足、焊嘴堵塞、焊嘴离焊件太近或焊嘴过热时，气体火焰会进入嘴内逆向燃烧，这种现象称为回火。发生回火时，焊嘴外面的火焰熄灭，同时伴有爆鸣声，随后有“吱、吱”的声音。如果回火火焰蔓延到乙炔瓶，就会发生严重的爆炸事故。因此，发生回火时，回火保险器的作用是使回流的火焰在倒流至乙炔瓶以前被熄灭。同时应先关闭乙炔开关，然后再关闭氧气开关。

图4－22　减压器的工作示意图

1－通道；2－薄膜；3－调压手柄；4－调压弹簧；5－低压室；6－高压室；7－高压表；8－低压表；9－活门弹簧；10－活门

图4－23为与乙炔减压器连接在一起的干式回火保险器，正常工作时，由减压器进来的乙炔推开回火防止阀进入简体，经过止火管后从出气口输出。止火管是有无数微孔的金属管，有熄灭火焰的作用。当发生回火时，一方面回火气体的冲击波顶上回火防止阀，切断了乙炔来路；另一方面回火气体可从安全阀处向外排出。

图4－23　干式回火保险器

（a）正常工作时 （b）回火时
1－安全阀；2－过滤网；3－回火防止阀；4－止火管

6）焊炬

焊炬即焊枪，用来控制气体混合比、流量及火焰并进行焊接操作。焊炬用来将乙炔和氧气按一定比例均匀混合，由焊嘴喷出后点燃，产生气体火焰。射吸式焊炬的外形如图4－24所示。

图4－24　射吸式焊炬的外形(www.xing528.com)

1－焊嘴；2－混合管；3－乙炔阀门；4－手柄；5－氧气阀门

射吸式焊炬的型号有H01－2和H01－6等，其意义如下：

各种型号的焊炬均备有3～5个大小不同的焊嘴，可供焊接不同厚度的工件使用。

3.焊丝与气焊熔剂

1）焊丝

在焊接过程中，焊丝作为填充金属与熔化的母材一起形成焊缝。焊接低碳钢时，常用的焊丝为H08和H08A等。气焊时应根据焊件厚度来选择焊丝直径，一般为2～4 mm。为了保证焊接接头质量，焊丝直径与焊件厚度不宜相差太大。

2）气焊熔剂

作为气焊时的助熔剂，气焊熔剂的作用是保护熔池金属，去除焊接过程中产生的氧化物，增加液态金属的流动性和润湿性。

除焊接低碳钢外，其他材料气焊时需要使用气焊熔剂，如铸铁、不锈钢、耐热钢、铜、铝等材料气焊时均需使用气焊熔剂。

4.气焊火焰

氧—乙炔火焰的性质取决于氧气和乙炔的混合比例，不同的氧气和乙炔比例可获得三种不同性质的火焰，如图4－25所示。

图4－25　气焊火焰与温度分布

（a）火焰构成与温度分布 （b）三种火焰1－焰心；2－内焰；3－外焰

1）中性焰

当氧气和乙炔的体积比为1.1～1.2时，燃烧的火焰为中性焰，又称正常焰。中性焰由焰心、内焰和外焰组成。靠近喷嘴处为焰心，呈白亮色；内焰呈蓝白色，温度最高可达3150℃；外焰由内向外逐渐由淡紫色变为橙黄色。中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢、铜、铝及铝合金等金属材料，是应用最广的一种气焊火焰。

2）碳化焰

当氧气和乙炔的体积比小于1.1时，燃烧的火焰为碳化焰。由于氧气供给不足，乙炔燃烧不完全，碳化焰中含有游离碳，具有较强的还原作用和一定的渗碳作用。碳化焰的火焰长度大于中性焰，温度较中性焰低，最高温度约为2700℃～3000℃。碳化焰适用于焊接高碳钢、铸铁和硬质合金等材料。

3）氧化焰

当氧气和乙炔的体积比大于1.2时，燃烧的火焰为氧化焰。由于氧气过量，燃烧较剧烈，火焰明显缩短，只有焰心和外焰两部分，但温度可达3100℃～3300℃。氧化焰对熔池金属有强烈的氧化作用，一般气焊很少采用，只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才采用轻微的氧化焰，以利用其氧化性在熔池表面形成一层氧化物膜，减少低沸点的锌的蒸发。

5.气焊基本操作

1）点火

在点火之前，应该先把氧气瓶和乙炔瓶上的总阀打开，然后转动减压器上的调压手柄（顺时针旋转），将氧气和乙炔调到所需工作压力，再打开焊炬上的乙炔调节阀，此时可以把氧气调节阀少开一点助燃点火（用明火点燃）。如果氧气开得大，点火时就会因为气流太大而出现“啪啪”的响声，而且不易点燃；反之，虽然也可以点燃，但是黑烟较大。点火时，手应放在焊嘴的侧面，不能对着焊嘴，以免点着后喷出的火焰烧伤手臂。

2）调节火焰

点火后，逐渐开大氧气阀门，改变氧气和乙炔的比例，根据被焊材料性质及厚薄要求调至所需的中性焰、氧化焰或炭化焰。需要大火焰时，应先把乙炔调节阀开大，再调大氧气调节阀；需要小火焰时，应先把氧气调节阀调小，再调小乙炔调节阀。

3）焊接方向

气焊操作时右手握焊炬，左手拿焊丝，可以向右焊（右焊法），也可向左焊（左焊法），如图4－26所示。

图4－26　气焊的焊接方法

（a）右焊法 （b）左焊法

焊炬在前、焊丝在后的焊接方法称为右焊法。这种方法的焊接火焰指向已焊好的焊缝，加热集中，熔深较大，火焰对焊缝有保护作用，容易避免气孔和夹渣，但较难掌握。此种方法适用于较厚工件的焊接，而一般厚度较大的工件均采用电弧焊，因此，右焊法很少使用。

焊丝在前、焊炬在后的焊接方法称为左焊法。这种方法的焊接火焰指向未焊金属，有预热作用，且焊接速度较快，可减少熔深和防止烧穿，操作方便，适宜焊接薄板。左焊法还可以看清熔池，分清熔池中铁液与氧化铁的界线，因此左焊法在气焊中被普遍采用。

4）施焊方法

施焊过程中，不仅要使焊嘴轴线的投影与焊缝重合，同时要掌握好焊炬与工件的倾角α。一般，工件越厚倾角越大；金属的熔点越高，导热性越大，倾角就越大。在开始焊接时，工件温度尚低，为了较快地加热工件和迅速形成熔池，α应该大一些（80°～90°），喷嘴与工件近于垂直，使火焰的热量集中，尽快使接头表面熔化。正常焊接时，一般保持α为30°～50°。焊接即将结束时，倾角可减至20°，并使焊炬上下摆动，以便断续地对焊丝和熔池加热，这样能更好地填满焊缝和避免烧穿。焊嘴倾角与工件厚度的关系如图4－27所示。

图4－27　焊嘴倾角与工件厚度的关系

（a）焊嘴倾斜 （b）不同板厚的倾角

焊接过程中还应注意送进焊丝的方法。焊接开始时，焊丝端部先放在焰心附近预热，待接头形成熔池后，才把焊丝端部浸入熔池。焊丝熔化一定量之后应退出熔池，焊炬随即向前移动，形成新的熔池。注意焊丝不能经常处在火焰前面，以免阻碍工件受热，也不能使焊丝在熔池上面熔化后滴入熔池，更不能在接头表面尚未熔化时就送入焊丝。焊接时，火焰内层焰心的尖端要距离熔池表面2～4 mm，形成的熔池要尽量保持瓜子形、扁圆形或椭圆形。

5）熄火

在焊接即将结束时应熄火。熄火之前应先把氧气调节阀关小，再将乙炔调节阀关闭，最后再关闭氧气调节阀进行熄火。如果将氧气全部关闭后再关闭乙炔，就会有余火窝在焊嘴里，不容易熄火，这是很不安全的（当乙炔关闭不严时更应注意）。此外，这样的熄火黑烟也比较大，如果不调小氧气而直接关闭乙炔，熄火时就会产生很响的爆裂声。

6）回火的处理

在焊接过程中有时焊嘴头会出现爆响声，随着火焰自动熄灭，焊炬中会有“吱吱”响声，这种现象称为回火。因氧气比乙炔压力高，可燃混合气体在焊炬内发生燃烧，并很快在导管里扩散而产生回火。如果不及时消除回火，不仅会烧坏焊炬和皮管，而且会使乙炔瓶发生爆炸。所以，当遇到回火时，首先迅速在焊炬上关闭乙炔调节阀，同时关闭氧气调节阀，等回火熄灭后再打开氧气调节阀，吹除焊炬内的余焰和烟灰，并将焊炬的手柄前部放入水中冷却。