气焊是利用气体火焰作热源的一种焊接方法

图4-12　气焊示意图

1—焊丝；2—乙炔+氧气；3—焊嘴；4—焊缝；5—熔池；6—焊件

1.气焊

气焊是利用气体火焰作热源的一种焊接方法，如图4-12所示。气体火焰是由可燃气体和助燃气体混合燃烧而形成的，当火焰产生的热量能熔化母材和填充金属时，就可以用于焊接。

气焊最常使用的气体是乙炔和氧气。乙炔和氧气混合燃烧形成的火焰称为氧乙炔焰，其温度可达3 150℃左右。

与焊条电弧焊相比，火焰加热容易控制熔池温度，易于实现均匀焊透和单面焊双面成型；气焊设备简单，移动方便，施工场地不限。但气体火焰温度比电弧低，热量分散，加热较为缓慢，生产率低，焊件变形严重。另外，其保护效果较差，焊接接头质量不高。

气焊主要应用于焊接厚度3 mm以下的低碳钢薄板、薄壁管子以及铸铁件的焊补，铝、铜及其合金，当质量要求不高时，也可采用气焊。

（1）气焊设备

气焊所用的设备由氧气瓶、乙炔瓶（或乙炔发生器）、减压器、回火保险器、焊炬和橡胶管等组成。气焊设备及其连接如图4-13所示。

1）氧气瓶。

氧气瓶是储存和运输氧气的高压容器，如图4-14所示。工业用氧气瓶是用优质碳素钢或低合金钢经热挤压、收口而成的无缝容器。按照规定，氧气瓶外表面涂天蓝色漆，并用黑漆标以“氧气”字样。最常用的氧气瓶容积为40 L，在15 MPa工作压力下可储存6 m3的氧气。

图4-13　气焊设备及其连接

1—焊炬；2—乙炔胶管（红色）；3—回火保险器；4—乙炔减压器；5—氧气减压器；6—氧气瓶；7—氧气胶管（蓝色或黑色）；8—乙炔瓶

图4-14　氧气瓶

1—瓶帽；2—瓶阀；3—防振圈；4—瓶体

图4-15　乙炔瓶

1—瓶口；2—瓶帽；3—瓶阀；4—石棉；5—瓶体；6—丙酮；7—多孔性填料；8—瓶座；9—瓶底

使用氧气瓶时必须保证安全，注意防止氧气瓶爆炸。放置氧气瓶要平稳可靠，不应与其他气瓶混放在一起；运输时应避免互相撞击；氧气瓶不得靠近气焊工作场地和其他热源（如火炉、暖气片等）；夏天要防止暴晒，冬季阀门冻结时严禁用火烤，应用热水解冻；氧气瓶上严禁沾染油脂。

2）乙炔瓶。

乙炔瓶是储存和运输乙炔用的容器，如图4-15所示，其外形与氧气瓶相似，外表面漆成白色，并用红漆标上“乙炔”和“火不可近”字样。

乙炔瓶的工作压力为1.5 MPa。在乙炔瓶内装有浸满丙酮的多孔性填料，能使乙炔稳定而又安全地储存在瓶内。使用时，溶解在丙酮内的乙炔分解，通过乙炔瓶阀放出，而丙酮仍留在瓶内，以便溶解再次压入的乙炔。乙炔瓶阀下面填料中心部分的长孔内放有石棉，其作用是促使乙炔从多孔性填料中分解出来。

乙炔进出乙炔瓶由瓶阀控制。由于乙炔瓶阀的阀体旁侧没有连接减压器的侧接头，故乙炔的减压装置必须使用带有夹环的乙炔减压器，如图4-16所示。

使用乙炔瓶时，除应遵守氧气瓶使用要求外，还应注意：瓶体的表面温度不得超过30℃～40℃；乙炔瓶只能直立，不能横躺卧放；不得遭受剧烈振动；乙炔瓶的放置场所应注意通风。

3）减压器。

减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。气焊时所需的气体工作压力一般都比较低，如氧气压力通常为0.2～0.3 MPa，乙炔压力最高不超过0.15 MPa。因此，必须将气瓶内输出的气体减压后才能使用。减压器的作用就是降低气瓶输出的气体压力，保持降压后的气体压力稳定，而且可以调节减压器的输出气体压力。

图4-16　带夹环的乙炔减压器

1—紧固螺钉；2—夹环；3—连接管；4—乙炔减压器

图4-17所示为一种常用的氧气减压器的外形，其内部构造和工作原理如图4-18所示。调压螺钉松开时，活门弹簧将活门关闭，减压器不工作，从氧气瓶来的高压氧气停留在高压室，高压表指示出高压气体压力，即氧气瓶内的气体压力。

图4-17　氧气减压器外形

1—出气接头；2—低压表；3—高压表；4—外壳；5—调压螺钉；6—进气接头

图4-18　减压器构造及工作原理示意图

1—高压室；2—低压室；3—薄膜；4—调压弹簧；5—调压螺钉；6—低压表；7—活门；8—活门弹簧；9—高压表

减压器工作时，拧紧调压螺钉，使调压弹簧受压，活门被顶开，高压气体进入低压室。由于气体体积膨胀，压力降低，低压表指示出低压气体压力。随着低压室中气体压力的增加，压迫薄膜及调压弹簧，使活门的开启度逐渐减小。当低压室内气体压力达一定数值时，活门关闭。控制调压螺钉拧入程度，可以改变低压室的气体压力，获得所需的工作压力。

焊接时，低压氧气从出气口通往焊炬，低压室内的压力降低。这时薄膜上鼓，使活门重新开启，高压气体进入低压室，以补充输出的气体。当输出的气体量增大或减小时，活门的开启度也会相应地增大或减小，以自动维持输出的气体压力稳定。

4）回火保险器。

①回火。

回火是气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象，分逆火和回烧两种情况。逆火是火焰向喷嘴孔逆行，并瞬时自行熄灭，同时伴有爆鸣声；回烧是火焰向喷嘴孔逆行，并继续向混合室和气体管路燃烧。回烧可能烧毁焊炬、管路以及引起可燃气体源的爆炸。

发生回火的根本原因是混合气体从焊炬的喷嘴孔内喷出的速度（即喷射速度）小于混合气体的燃烧速度。由于混合气体的燃烧速度一般是不变的，所以造成喷射速度降低的各种因素都可能引起回火，如乙炔气体压力不足、焊嘴堵塞、焊嘴离焊件太近和焊嘴过热等。

②回火保险器。

回火保险器是装在乙炔瓶和焊炬之间的防止乙炔向乙炔瓶回烧的安全装置，其作用是截住回火气体，防止回火蔓延到可燃气体源，保证安全。回火保险器按使用压力分为低压和中压两种；按阻燃介质分为水封式和干式两种。这里仅介绍中压水封式回火保险器。

中压水封式回火保险器的结构与工作原理如图4-19所示。使用前，先加水到水位阀的高度，关闭水位阀。正常气焊时，如图4-19（a）所示，从进口流入的乙炔推开球阀进入回火保险器，从出气口输往焊炬。发生回火时，如图4-19（b）所示，回火气体从出气口回烧到回火保险器中，被水面隔住。由于回火气体压力大，使球阀关闭，故乙炔不能再进入回火保险器，从而有效地截留回火气体，防止继续回火。当回火保险器内回火气体压力增大到一定限度时，其上部的防爆膜破裂，排放出回火气体，更换防爆膜后才可继续使用。

图4-19　回火保险器结构及工作原理

（a）正常工作时；（b）回火时
1—防爆膜；2—水位阀；3—球阀

5）焊炬。

气焊时用于控制火焰进行焊接的工具称为焊炬，其作用是将乙炔和氧气按一定比例均匀混合，由焊嘴喷出后，点火燃烧，产生气体火焰。按可燃气体与氧气在焊炬中的混合方式分为射吸式和等压式两种，以射吸式焊炬应用最广，其外形如图4-20所示。常用的型号有H01-2和H01-6等，“H”表示焊炬，“0”表示手工操作，“1”表示射吸式，“2”和“6”表示可焊接低碳钢的最大厚度分别为2 mm和6 mm。

图4-20　射吸式焊炬

1—焊嘴；2—混合管；3—乙炔阀门；4—手柄；5—氧气阀门

6）橡皮管。(www.xing528.com)

按现行标准规定，氧气管为蓝色或黑色，乙炔管为红色。氧气管内径为8 mm，允许工作压力为1.5 MPa，试验压力为3 MPa；乙炔管内径为10 mm，允许工作压力为0.5 MPa或1 MPa。氧气管与乙炔管都是专用的，不能互相代用，禁止沾染油污和漏气，并防止烫坏和损伤。

（2）焊丝和气焊熔剂

1）焊丝。

气焊的焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。焊丝的化学成分应与母材相匹配。焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08和H08A等。焊丝的直径一般为2～4 mm，通常根据焊件厚度来选择。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。

气焊熔剂又称气剂或焊粉，其作用是去除焊接过程中形成的氧化物，增加液态金属的湿润性，保护熔池金属。

气焊低碳钢时，由于气体火焰能充分保护焊接区，故一般不需要使用气焊熔剂。但在气焊铸铁、不锈钢、耐热钢和非铁金属时，必须使用气焊熔剂。国内定型的气焊熔剂牌号有CJ101、CJ201、CJ301和CJ401等四种，其中CJ101为不锈钢和耐热钢气焊熔剂，CJ201为铸铁气焊熔剂，CJ301为铜及铜合金气焊熔剂，CJ401为铝及铝合金气焊熔剂。

（3）气焊火焰

气焊火焰是由可燃气体与氧气混合燃烧形成的。生产中最常用的是乙炔和氧气混合燃烧的氧乙炔焰。改变乙炔和氧气的混合比例，可以获得三种不同性质的火焰，如图4-21所示。

图4-21　氧乙炔焰

（a）中性焰；（b）碳化焰；（c）氧化焰
1—焰心；2—内焰；3—外焰

1）中性焰。

图4-22　中性焰的温度分布

氧气和乙炔的混合比为1.1～1.2时燃烧所形成的火焰称为中性焰，如图4-21（a）所示，由焰心、内焰和外焰三部分组成。焰心成尖锥状，色白明亮，轮廓清楚；内焰颜色发暗，轮廓不清楚，与外焰无明显界限；外焰由里向外逐渐由淡紫色变为橙黄色。中性焰在距离焰心前面2～4 mm处温度最高，为3 050℃～3 150℃。中性焰的温度分布如图4-22所示。

中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢、紫铜、铝及铝合金、镁合金等材料。

2）碳化焰。

氧气与乙炔的混合比小于1.1时燃烧所形成的火焰称为碳化焰，如图4-21（b）所示。由于乙炔过剩，火焰中有游离碳和多量的氢，碳会渗到熔池中造成焊缝增碳现象。碳化焰比中性焰长，其结构也分为焰心、内焰和外焰三部分。焰心呈亮白色，内焰呈淡白色，外焰呈橙黄色。乙炔量多时火焰还会冒黑烟。碳化焰的最高温度为2 700℃～3 000℃。

碳化焰适用于焊接高碳钢、高速钢、铸铁、硬质合金和碳化钨等材料。

3）氧化焰。

氧气与乙炔的混合比大于1.2时燃烧所形成的火焰称为氧化焰，如图4-21（c）所示。氧化焰整个火焰比中性焰短，其结构分为焰心和外焰两部分。火焰中有过量的氧，具有氧化作用，使熔池中的合金元素烧损，一般气焊时不宜采用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才采用轻微氧化焰，以利用其氧化性，在熔池表面形成一层氧化物薄膜，减少低沸点锌的蒸发。氧化焰的最高温度为3 100℃～3 300℃。

2.氧气切割

（1）氧气切割原理

氧气切割（简称气割）是利用某些金属在纯氧中燃烧的原理来实现切割金属的方法。

（2）金属气割条件

对金属材料进行氧气切割时，必须具备下列条件。

1）金属的燃点必须低于其熔点才能保证金属在固体状态下燃烧，从而保证割口平整。若熔点低于其燃点，则金属首先熔化，液态金属流动性好，熔化边缘不整齐，难以获得平整的割口，而成为熔割状态。低碳钢的燃点大约为1 350℃，而熔点高于1 500℃，满足气割条件；碳钢随着含碳量增加，熔点降低，燃点升高。含碳量为0.7%的碳钢，其燃点与熔点大致相同；含碳量大于0.7%的碳钢，由于燃点高于熔点，故难以气割。铸铁的燃点比熔点高，不能气割。

2）金属燃烧生成的氧化物（熔渣）的熔点应低于金属本身的熔点，且流动性好。若熔渣的熔点高，则会在切割表面形成固态氧化薄膜，阻碍氧与金属之间持续进行燃烧反应，导致气割过程不能正常进行。铝的熔点（660℃）低于其熔渣熔点（2 048℃），铬的熔点（1 615℃）低于其熔渣熔点（2 275℃），所以铝及铝合金、高铬钢或铬镍钢都不具备气割条件。

3）金属燃烧时能放出大量的热，而且金属本身的导热性较差，这样才能保证气割处的金属具有足够的预热温度，使气割过程能连续进行。铜、铝及其合金导热都很快，不能进行气割。

满足气割条件的金属材料有低碳钢、中碳钢、低合金结构钢和纯铁等。

（3）气割设备

气割设备中，除用割炬代替焊炬以外，其他设备（氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器等）与气焊时相同。

割炬按乙炔气体和氧气混合的方式不同可分为射吸式和等压式两种，前者主要用于手工切割，后者多用于机械切割。射吸式割炬的外形如图4-23所示。

图4-23　射吸式割炬

1—割嘴；2—切割氧气管；3—切割氧阀门；4—乙炔阀门；5—预热氧阀门；6—预热焰混合气体管

常用割炬的型号有C01-30和C01-100等。型号中“C”表示割炬，“0”表示手工操作，“1”表示射吸式，“30”和“100”表示最大切割低碳钢厚度为30 mm和100 mm。每种型号的割炬配有几个大小不同的割嘴，用于切割不同厚度的割件。