上海圣峰焊接技术有限公司
产品搜索
在线客服
 工作时间
周一至周五 :9:00-16:30
联系方式

电 话:021-67833937   18916099898

邮 箱:shengfengweld@126.com

微信号: 18916099898

QQ:522501751


新闻详情

氧乙炔焊接原理

浏览数:896

1.气焊之原理与设备

  热能——是焊接过程中必备的条件,已知焊接热能分列有:电磁能,化学能,机械能,结晶能等等;而气焊则屈于化学能式的焊接法。

  气焊(Gas-Welding——是将可燃性气体与助燃气体自容器中引导出,经焊炬(Torch)混合后,经由焊炬火口处点燃成高温火焰,并对焊件加热的一种焊接方法,使用的可燃性气体有乙炔(Acetylene,C2H2,电石气),丙烷(PropaneC3H8,煤气),甲烷(Methane,CH4),氢(Hydrogen,H2)等,但目前以乙炔为最常用;助燃气体则为氧气(OxygenO2)

1-1.气体供应设备:
  目前氧气与乙炔或其他气体皆压缩储存于钢制容器内,而高压氧气通常以压缩气体形态充填在无缝钢瓶内,则瓶内压力于21℃时约为150kg/cm2,瓶身多半漆成黑色或绿色,并注明内部容积,重量,试验压力及制造日期;瓶口及瓶阀皆以铜合金制成。乙炔是由碳化钙(电石,公元1862年德国化学家MR.Wohler由碳化钙取得乙炔气;公元1892Willson Aluminium Co.,正式生产碳化钙;公元1900年法国MR.Edmund Fouche 发明气焊炬,利用碳化钙所生产的乙炔气与氧气混合燃烧来焊接金属材料),在水中或空气中起作用所产生之可燃性气体; 早期获得的乙炔气是将碳化钙置于一挂篮中,然后悬吊于储气筒的内顶,再将整个储气筒放入水槽中,这时碳化钙在储气筒内与水起化学作用并产生乙炔气,然后经导管送出(CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH2));这种装置在1960年代一般工业界甚为广用,但由于常生爆炸且危险,现今已为乙炔钢瓶所取代。而装在钢瓶内的乙炔也是属于溶解式乙炔,因乙炔能溶解在水或其他液体中,液体不同,溶解量也不同。常见者如在1大气压下能溶解在水中约一倍的乙炔,在丙酮(Acetone,C2H6O)中就能溶解约25倍;乙炔钢瓶内通常加入木炭粉,石棉等多孔性物质使其吸收足以溶解乙炔的丙酮。通常乙炔钢瓶内充气压力约在15kg/cm2,外表漆以黄褐色,钢瓶肩部装有安全塞。另由于乙炔和铜长时间接触,会在铜表面产生易爆的同素导性体,因此如果留意观察的话,会发觉在乙炔钢瓶口的瓶阀材料是由钢铁材料塑成,而非如同氧气钢瓶的铜制阀。

1-2.焊炬(Torch——其主要功能是将氧,乙炔引导入其内加以混合,并调整适当的气体流量至焊炬火口处引燃火焰以利施焊的器具。一般焊炬依使用场合不同可分为大,中,小型三种,其中混合室可分为射吸式(Injector Type)与中压式(Positive Pressure Type);射吸式混合室在其中有一细腰文式管(Venturi Tube)氧气由其中高压通过造成其旁边乙炔气孔的降压,而吸引出乙炔气至混合室内与氧气共同流至火口。中压式混合室其氧气与乙炔气则以相同的流量等压进入混合室,经混合后再流至火口。

1-3.火口(火嘴,Tip——火口在焊炬前端处,由于长时间的火焰燃烧受热,所以必须以导热性良好的材料制成;通常此材料都选用紫铜亦或铜合金;而火口型式又有两种,整体式,即与混合室连成一体的吹管,欧美式的焊炬以此款居多。分离式,焊炬前端有一火口且以螺牙与焊炬吹管结合,更换火口时,则将其拆除换上另一火口即可,日本式与国内常用焊炬主要为此型火口。

1-4.压力调整器(Regulator)——装在钢瓶内的氧,乙炔气,由于压力太高,无法供焊接使用,因此必须借助压力调整器(俗称:减压器)将瓶内输出的气体调降至适当的施焊压力。
  压力调整器装置基本构造是由一瓶压指示表,工作压力指示表,压力调整旋钮,气瓶接头,橡皮管接头等所组合而成。若依调整装置内部构造可分为单段式(Single-Stage)与双极式(Two-Stage)两种;在单段式中,钢瓶经过一次降压后即可得到施焊压力,但在焊接中由于瓶压逐渐消耗降低,所以单段式调整器也须再调整至适当的施焊压力。另在双极式中,第一段进气功用是将瓶压降至约30kg/cm2的中压,再经第二段降压至适当的施焊压力。

1-5.橡胶管(Gas-Hose——主要乃连接气体至焊炬的导管,必须具耐高压特性,橡胶管内径之采用则依焊炬大小而异。为便于识别,氧气管为绿色或黑色,而其接头螺帽为右螺纹;乙炔气管为红色,而接头螺帽则为左螺纹,外围并且轻车销一沟槽。

1-6.回火防止器(Check-Valve——气焊施焊时,由于操作不良,造成火口堵塞或其他情形,这极易造成逆回现象,如为防止此情事发生,则多以单向止回阀连接于焊炬后端之进气口处,使气体形成单向的流动,以免因回火而产生意外。

1-7.火口通针(Tip-Cleaner——为一组粗细各异的细径钢线组合成套,此用来清除火口内附着的焊渣或其他碳化物,在执行清除火口时应将火口朝上放置于固定位置,同时旋开氧气阀,并以略小于火口孔径的通针垂直通入孔内清除。

1-8.其他配件(Accessories——护目镜、打火器、气体钢瓶把手、焊炬/火口固定扳手、皮手套、钢刷、工作台、火钳、夹治具等等。

2.火焰之调整:

  氧乙炔气焊的火焰主要在供给施焊时所需要的热能,虽氢、丙烷或其他可燃气亦可供焊接使用,但由于这些气体与氧气混合后的燃烧热值温度最高约2700,因此目前工业界仍采用乙炔气为主。(至于环保政策下的约束使用,则依需求议定。)

  氧气乙炔气混合后燃烧时的火焰,是在进行极尽剧烈的氧化反应,其完全燃烧的化学反应方程如下:

C2H2+2.5O22CO2+H2O+



  由上列化学反应方程式得知:
  一个体积的乙炔气,需要获得2.5个体积的氧气,其比为12.5,然而焊炬所提供的乙炔气与氧气流量的混合比是11-11.2之间,其余将近1.5体积的氧气,是由空气中所供给;因此,火口初喷流出的气体,最初开始燃烧的化学反应式为:



2-1.依氧乙炔火焰燃烧后的化学反应式可区分为两个阶段:
A.第一阶段燃烧焰经由焊炬中氧气与乙炔气在混合后,经火口点燃而在内焰处燃烧产生一氧化碳以及乙炔气残留的氢气,火焰颜色呈现为蓝色,在这区域内之火焰谓之还原性火焰,温度最高,化学反应式如下:
C2H2+O22CO+H2+



B.第二阶段燃烧焰第一阶段燃烧后产生的一氧化碳(CO)及氢气(H2)仍为可燃性气体,此两种气体在火焰外围与大气中的氧气形成第二阶段完全燃烧,火焰颜色呈淡红色,由此我们得知,氧乙炔气焊进行时应在通风良好的地方进行,以免大气中的氧气因工作环境的狭窄而缺乏;经二次燃烧后产生的二氧化碳与水蒸汽,其化学反应式如下:
4CO+2H2+3O24O2+2H2O+



2-2.一位气焊操作人员在施于氧乙炔焊接时,通常会面临调出六种的基本火焰特性,兹解说如下:
A.纯乙炔焰焊炬中的氧、乙炔此两种气体,仅有乙炔气流出火口而氧气关闭,然后纯粹利用空气中的氧气来与乙炔气燃烧,其产生的火焰由接近火口处为黄色至外焰区时渐变为橘红色,同时还冒出黑烟,此种火焰温度约800℃左右,不适合焊接。



B.碳化焰当纯乙炔焰产生后,立即开启焊炬上的氧气阀,使氧气逐渐加入纯乙炔中,火焰会立即由橘红色变成外焰呈淡蓝色而内焰则转为明亮白色;此种火焰温度约为2800℃,由于温度尚不是很高,通常用于软焊、硬焊或铝焊、及钢材之表面硬化热处理。



C.还原焰已形成的碳化焰,其乙炔量稍多于氧气量,若再逐渐调整增加氧气流量,使氧气与乙炔量的比例接近于11,外焰仍呈淡蓝色,此时明亮白色内焰会逐渐缩短,此火焰温度约为3050℃,通常用于焊镍铬钢、镍铬钼钢或不锈钢等。



D.中性焰由还原焰再增加氧气量至与乙炔的比例约为1.141,此鉴识方法,可由还原焰徐徐的增加氧气量,直到白色内焰缩短成焰心后即保持焰心的原状而不再继续加氧气去缩短之刹那,即属中性焰,此特性为焰心呈明亮白色,该火焰有清晰的内外层,此种火焰温度约为3200℃,在焊接使用上为最广泛,通常焊接碳钢类即采用此火焰,因其金属熔池甚为清晰可见,无火星喷溅,且有良好的铁水流动性。



E.氧化焰火焰转为中性焰属乙炔少于氧气,焰芯已不再缩短,如再增加氧气流量,焰芯会呈现尖锥形,外焰随着缩短,混合比将会是11.51.7左右,火焰颜色由蓝色为淡蓝色,因氧气流量加大缘故,此时的氧化焰会发出咝咝的响声,火焰温度亦高达约3500℃,通常用于焊接钢板对接渗透第一道焊道,不适合平面填料焊接,因温度过高金属熔池起泡沸腾并产生许多火花。此火焰应用于焊厚钢件及钢板切割用,其他场合极少用。



F.分离焰引燃火焰时,因乙炔气流量开启过大,即产生火焰焰芯喷离火口端,且火焰会有刺耳咝咝声响,此种火焰不能施焊,应立即减少乙炔气流量,同时加多氧气流量,直到焰芯与火口端接合,并调适到合用之火焰。


3.常用气焊焊条与助焊剂之分类及适用性:
  焊条(Welding-Rods),通称熔金,在焊接过程中依实际需求来填加于焊件上的金属。
一般选用焊条,皆以与母体相近成份为主,且常用规格如下:
A.软钢气焊条用途甚广,一般中、低碳钢、机器机件、汽车钣金铁皮、薄板业等,皆适用。
B.铜及铜合金焊条铜、铜合金硬焊,铸铁焊补、车刀架与车刀片接合等。
C.不锈钢气焊条限用于各类不锈钢焊接或不锈钢与碳钢对接。
D.铝及铝合金气焊条适用于纯铝及铝合金与铝铸件焊补。
E.铸铁气焊条仅适用焊补铸铁及翻砂铸件气孔填补焊。
F.银铜气焊条适用青铜、黄铜、紫铜及异种金属。

3-1.焊条一般选用,虽考虑其成份与母材相近外,然焊条焊接后,由于高温熔融后,其某些稀少或低熔点化学元素被稀释而降低了原来的材料特性与金相变化,强度因而降低;因此,对焊接强度要求较高或需保有原先抗腐蚀特性高的焊件,其选用的焊条强度及合金成份应略高于焊件。

3-2.焊条成份中如含有少量钼、锰、镍、铬、钒、钛……等等,亦可增加焊道强度,如焊条中含有磷、硫元素时,会造成焊道龟裂。

3-3.助焊剂形状可分为液状、粉状、膏状、固状四种。焊剂是补助清除工件表面的污物,氧化膜,以防止金属在高温施焊时氧化,故焊剂可直接影响焊道品质及接合强度的,尤其铝、镁、铜金属上焊接更加显著。

4.气焊操作要领:

  气焊工作如不按标准程序,其危险性仍相当高,因此施焊前请依下列顺序操作,确定落实并严格要求。

1)先将氧气、乙炔气钢瓶依规定地点就定位,并锁好以防止倾倒。
2)以气瓶扳手微微将瓶阀开启一瞬间后并立即关闭,其作用乃在吹除瓶阀口之粉尘,并以干净布块将阀口擦拭干净。
注意:人不可立于瓶阀口前,以免粉尘吹入人眼或伤人。
3)将减压器分别装于氧、乙炔气瓶上,并以扳手旋紧进气螺帽。
4)取绿色(黑色)橡胶管接于氧气减压器低压出口端,红色橡胶管则接于乙炔减压器低压出口端,并旋紧螺帽。
5)先放松减压器上之调压把手后,才缓缓开启气瓶瓶阀,此刻减压器上高压压力表会显示出当时的瓶内压力值存量。
注意:乙炔气瓶阀只可扭转一转,氧气瓶阀可全开。
6)气吹管此时将减压器调压把手上紧,使气体由二次侧出口将粉尘排出,并立即旋松。
7)将焊炬上车销有沟槽螺帽且烙印有“GAS”字样的接头装上红色乙炔用橡胶管,另一烙印有“OXY”字样的接头则装上绿色(黑色)氧气橡胶管。
8)调整氧、乙炔气低压侧适当施焊压力。
9)以毛刷沾上肥皂泡沫液涂抹于气瓶阀门及减压器整体上所有螺纹接头处,及焊炬进气口接头螺纹上;若有起泡现象,即表示该处漏气,请再旋紧。
10)开启焊炬上氧、乙炔气流量调节阀,排出留在橡胶管中的不纯气与杂质,后立即旋紧。
11)将火口装于焊炬上。
12)将焊件母材放置于妥当的工作台桌上。
13)备好护目镜,钢刷,火钳,打火器,气焊条,皮手套。
14)戴上皮手套、护目镜。
15)先打开焊炬上乙炔气调节阀约1/4转,然后用打火器点燃火焰,引燃乙炔焰后立即开启氧气调节阀,调出适用火焰。
※※※施焊点火位置至少要远离氧气,乙炔气钢瓶至少约3米以上。
5.施焊结束,收工时关闭流程:
1)关闭焊炬上乙炔气调节阀。
2)关闭焊炬上氧气调节阀。
3)关闭氧气,乙炔气钢瓶瓶阀。
4)在开启焊炬上乙炔气调节阀,放出减压器及橡胶管内气体,直至压力表指针归“0”为止,随即旋松减压器压力调压把手并同时关紧焊炬上乙炔气调节阀。
5)再开启焊炬上氧气调节阀,放出减压器及橡胶管内气体,直至压力表指针归“0”为止,随即旋松减压器压力调压把手并同时关紧焊炬上氧气调节阀。

6.气焊位姿称呼法:
1)平焊(Flat Position符号“F”
2)横焊(Horizontal Position符号“H”
3)立焊(Vertical Position符号“V”
4)仰焊(Overhead Position符号“O”

7.铜及铜合金焊接法:
1)纯铜(紫铜)焊接法——焊接纯铜时,采氧化焰,而焰芯离焊件表面约5-8m/m,焊剂成分为硼砂与硼酸各50%,在焊接中要不断加入焊剂。

2)黄铜焊接法——黄铜属铜,锌合金,由于锌熔点仅为420℃左右,而沸点为925℃,遇高热焊接时锌很容易挥发,使得焊道内产生气孔。为克服上述缺点,黄铜施焊时,速度要越快越好,并避免重复施焊。施焊前,得先预热到600℃以上,再以氧化焰施焊。由于施焊黄铜时锌熔化挥发后所产生的烟气有毒,会感到喉咙微甜,头痛恶心的症状,焊接时请带上防护口罩,且工作环境力求通风良好,焊条则采用RBCuZn-A级,焊剂选用硼砂,硼酸各45%再外加10%氯化纳。

3)青铜焊接法——青铜为铜,锡合金,一般可分为含锡1-12%的锻造青铜与含锡9-25%的铸造青铜,青铜由于导热较黄铜差,所以焊接火焰比黄铜小,通常以中性火焰或微氧化火焰施焊。青铜焊接性不佳,所含锡元素受高热容易氧化,且氧化锡是会沉陷于熔池中,因此会降低焊道强度。焊条采用RCuSn-A级,焊剂则以硼砂,硼酸各40%及氯化纳、氯化钾各10%组成。

4)矽青铜焊接法——此为铜,矽合金,较易施焊,其导热度大,不必先预热,然以微氧化焰施焊。焊条采用RCuSi-A级,焊剂则以75-80%硼矽加入10%及氟化纳及微量氯化纳。

5)铜镍合金焊接法——铜中加入2-43%的镍是为铜镍合金,常用于制造热交换器内之冷却管,以及弹壳,焊接时易吸入氢气造成气孔,通常以微还原焰施焊,焊条采用RCuNi,焊剂则以50%硼砂加入50%硼酸,并略加少许磷,锰以做脱氧剂。

8.回火与倒燃(逆火)之发生原因与改善对策:

1)回火(Back-Fire焊炬于施焊中常有放炮声,偶尔火焰会熄灭,其原因:
未依板厚大小装配适当火口,导致气体燃烧速度比其冷却速度还快。此时,增加气体压力,更换正确火口。
火口过热,使用过久。请停止施焊,至火口冷却后再施焊。
火口施焊中碰触到焊件。持稳焊炬并保持与焊件之适当距离高度。
火口内有积碳或焊渣。以通针清除之。
火口与焊炬未旋紧。再以板手将火口旋紧。

2)倒燃(Flash-Back倒燃又通称逆火,即火焰沿着火口经焊炬,橡胶管逆向燃烧,这时焊炬会严重烧坏,如不立即防止倒燃,经橡胶导管延烧至气体钢瓶,若此时毫无逆火防爆止回装置,更可能产生爆炸,尤以射吸式焊炬最易造成倒燃。

其改善对策——闻见焊炬突然熄火,并有明显的——”声,且整把焊炬发烫时
——首先应立即关闭焊炬上氧气调节阀,然后再关闭乙炔气调节阀,至冷却后再检视焊炬损坏程度是否换新。
——若火焰已倒燃至橡胶管,且情况危急时,可直接在橡胶管未燃处予以拆管,并顺手扑灭火苗,同时再关闭气瓶瓶阀,至熄灭冷却后再检视受损情形,并决定是否换新。
——如遇到倒燃时,施焊人员绝对不可慌张,且不要逃避,应立即依上述程序处置,要镇定并协力以灭火器或湿布扑灭火苗。

(未经本公司许可,不得转载)