工藝技術(shù)切割工藝

1、切割工藝到此為止討論的都是連接金屬的方法。金屬制造中另一個重要的工藝就是那些用于切割或去除金屬的工藝。這些工藝常常應(yīng)用于焊接形成適當(dāng)形狀或接頭準(zhǔn)備之前。在焊接時或在焊接之后，如果焊 好的形狀不滿足部件的預(yù)期目的，運(yùn)用這些工藝以去除焊縫上的缺陷區(qū)域或形成所需的形狀，。氧-可然氣體切割（OFC）切割工藝的第一種是氧燃料氣體切割。就是用氧燃料火焰加熱金屬到其容易被氧化或燃燒的溫 度。所需的溫度被稱為燃點(diǎn)，并且對于鋼來說，這溫度是大約1700 F（925 C）。一旦達(dá)到這一溫度,高壓切割氧氣流就沖到已加熱的表面上，產(chǎn)生氧化反應(yīng)。該氧氣流也會去除焊渣以及由于氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的氧化殘留物。因此可以認(rèn)為OFC

2、是一種化學(xué)切割工藝。圖 3.56所示的是切割碳鋼時的火炬布置圖。用于OFC的設(shè)備基本與OAW的相同， 除了他用切割 附件來替代焊 嘴，該切割附件 包括增加了調(diào) 節(jié)桿或閥以打圖乳56-氧氣切割開切割氧，圖3.57所示的是可在大部分焊接和制造車間中看到的典型的 OFC設(shè)備。切割操作還需要一個特殊的割嘴裝在割炬的頭上。割嘴端部外緣上排列著一系列小孔。這些小孔就是讓氧燃料氣體混合物流出為切割提供預(yù)熱。在這些孔的中央的是切割氧通陽氐&I-劇砌糾叩旨設(shè)希道。圖3.58是一典型切割嘴的橫截面圖。用于手工或機(jī)械切割的火炬在圖3.59中說明。圖乩59-手工和機(jī)械氧燃料切團(tuán)0鞏焊把罔3. 60-氧氣切刑切

3、口段甘橄雖要注意的是可以用幾種不同的燃料氣體，如乙炔，甲烷，丙烷，汽油以及甲基乙炔一丙二烯。每 種氣體效率不同，并且可能會在切割嘴上要求作小小的改動。當(dāng)選擇適當(dāng)燃料氣體時，應(yīng)該要考慮的 其它因素包括所需的預(yù)熱時間，切割速度，成本，有效性，使氣體充分燃燒所需的氧氣量，以及運(yùn)送 燃料容器的方便性和安全性。切割是用氧燃料混合物的預(yù)熱火焰加熱部件來完成的。一旦金屬被加熱到它的氧化溫度，打開切割氧氣進(jìn)行熱金屬的氧化。金屬的氧化會產(chǎn)生巨大的熱量。這種放熱的化學(xué)反應(yīng)提供了迅速熔化金屬并同時把氧化物從接頭上吹走的必要的熱量。如圖3.60所示，所產(chǎn)生的切割的寬度被稱為切縫。另外，該圖也顯示出了后拖量，就是在切割

4、進(jìn)入和退出之間沿著割口邊緣所測得的偏移量。雖然OFC廣泛地運(yùn)用在大部分行業(yè)，但通常只限于碳鋼和低合金鋼的切割。隨著各種合金元素 量的增加，可能會使得鋼更加難于切割，會使金屬硬化或者產(chǎn)生熱裂切割表面，二者出現(xiàn)其一，或二 者同時出現(xiàn)。各種合金元素的影響在表 3.61中概述。表3.61 -化學(xué)元素對氧燃料切割的影響元糸兀素在氧氣切割中的影響碳含碳量低于0.25%的鋼切割沒有難度。含碳量更高的碳鋼應(yīng)該預(yù)熱以防止硬化或裂紋。 石墨和碳化鐵不利于切割，但含有4%碳的鑄鐵可以用特殊的技術(shù)切割。錳含有14%錳及1.5%碳的鋼是難以切割的，應(yīng)該預(yù)熱以期最好的效果。硅通常含量的硅對切割是無影響的。含有4%硅的變壓

5、器鐵蕊也可切割。含有大量碳和錳的硅鋼必須進(jìn)行預(yù)熱和切割后退火以防止空氣硬化和表面裂紋。鉻含鉻量低于5%的鋼當(dāng)表面清潔時切割沒有太大的難度。如含鉻10%的高鉻鋼需要特殊技術(shù)，并且當(dāng)使用通常氧氣乙炔切割工藝時切口粗糙?？偟膩碚f，在切割這種鋼時， 要用碳化焰預(yù)熱。藥劑注入和鐵粉切割工藝可以在通常整齊的鉻鋼鐵以及不銹鋼上容 易地切割。鎳含鎳量低于3%的鋼可以用普通的氧氣切割工藝；含鎳量低于7%時，切口也非常滿意。用藥劑注入或鐵粉切割工藝可以在通常的不銹鋼（18-8到大約上限為 35- 15）的工程合金上得到高質(zhì)量的切割。鉬這種兀素對切割的影響與鉻基本相冋。制造飛機(jī)用的鉻一鉬鋼可以毫無困難的切割。 然而

6、高鉬鎢鋼可能只能用特殊技術(shù)來切割。鎢通常含鎢量低于14%的合金可以非常容易地切割。但更高含量的鎢合金切割是困難的。 最大鎢含量限度約為 20%銅含銅量低于2%的合金，銅對切割是沒有影響的。鋁除非大量的存在（大約 10%）,否則鋁對切割沒有什么影響。磷該兀素以鋼中所規(guī)定的量存在時，對切割沒有影響。硫如在鋼中存在的小量的硫，對切割沒有影響。隨著含量的上升，切割速率會降低，需 注意二氧化硫煙霧。釩通常在鋼中存在的釩量，是改善切割，而不是影響切割。正如所看到的，在大多數(shù)的情況下，一定量的合金元素的加入防礙常規(guī)的OFC。在許多情況中，這些元素是抗氧化型的。為了使氧燃料切割有效地完成，材料必須符合下列條件

7、：（1）它必須有能在氧氣中燃燒的能力（可燃性），（2）它的燃點(diǎn)要比熔點(diǎn)低，（3）它的熱導(dǎo)性應(yīng)該相對的低，（4）所產(chǎn)生的金屬氧化物必須在低于該金屬熔點(diǎn)的某個溫度下熔化，（5）所形成的渣必須低粘度。因此，為了用這種工藝切割鑄鐵或不銹鋼，要求必要的特殊技術(shù)以及附加設(shè)備。這些技術(shù)包括火炬擺動，廢板的 利用，送絲，鐵粉切割以及熔劑切割。OFC的優(yōu)點(diǎn)包括它的相對便宜及便攜式的設(shè)備，使得它可以在車間和現(xiàn)場使用?？梢郧懈畋』?厚截面。隨著厚度增加，通常更容易切割。當(dāng)機(jī)械化時（如圖3.62）, OFC可以產(chǎn)生相當(dāng)精確的切割。當(dāng)與機(jī)械切割方法相比，鋼的氧燃料切割更經(jīng)濟(jì)。為了進(jìn)一步地提高效率，使用多火炬系統(tǒng)或?qū)盈B切

8、割，可一次切割幾層。OFC的缺點(diǎn)之一是切割完成后需要進(jìn)一步的清理或打磨才可以焊接。另一個重要缺點(diǎn)是因為它要求高 溫，會產(chǎn)生高硬度的熱影響區(qū)。特別是如果該表面需 要機(jī)加工，這是很重要的。預(yù)熱及切割后加熱的應(yīng)用 將有助于緩解這一問題。另外，即使切割可以相當(dāng)精 確，它們?nèi)圆荒芘c機(jī)械切割方法的精確性相比。最后,所產(chǎn)生的火焰和熱渣會造成在切割操作附近人員的安 全危害。EJ s. S2-UjXU空氣碳弧切割（CAC A ）另一個非常有效的切割工藝就是空氣碳弧切割。該工藝采用碳棒產(chǎn)生用于加熱的電弧，伴隨著高壓壓縮空氣流，機(jī)械化地去除熔化了的金屬。圖3.63所示的是這一工藝的運(yùn)用。用于CACA的設(shè)備是由一恒流

9、電源和與之相連特殊電極夾具以及壓縮空氣供應(yīng)所組成。如圖3.64所示的這特殊的夾具將碳棒夾在銅鉗口上，其中的一個鉗口有一系列的洞，這些洞是用來輸送壓酣妙空氣刪切圖3.64-空吒碳弧切割焊條焊把縮空氣的。進(jìn)行切割時，碳棒靠近工件以產(chǎn)生一電弧。一旦電弧熔化金屬，壓縮空氣被啟動，吹走熔化了的金屬 而產(chǎn)生槽或切口。夾具連接至電源及壓縮空氣源。任何不可燃的 壓縮氣體都可以用，但至今為止，壓縮空氣是最便 宜的。圖3.65所示的是空氣碳弧切割的整個系統(tǒng)。CAC A特別是因為它能用于切割任何金屬， 而在許多行業(yè)中應(yīng)用。即使它能切割所有的金屬， 但對于特別的合金，需要考慮其它的切割方法。圖 3.66所示的是CAC

10、 A幾種金屬和合金切割的電流 型式和極性。當(dāng)我們試圖考慮用切割來去除焊縫或母材上的 帶缺陷的區(qū)域時，應(yīng)該認(rèn)識到切割可十分有效地用于焊接接頭的準(zhǔn)備。 例如，對接的二部件以方形坡口接在一起。然后CAC A工藝可用來完成圖3.67所示的均勻的U型坡口。CAC A也用于大而復(fù)雜部件的粗加工。表3.66 CAC A對各種金屬的電源要求金屬電流型式焊條極性鋁DC正CAC A的基本優(yōu)點(diǎn)之一是它是去除銅和合金AC無金屬的相對有效的方法。它有能力切割鐵，鑄造的，可鍛造的，等等。DC負(fù)任何金屬。因為它所用的電源與某些焊鎂DC正接所用的相同，所以設(shè)備費(fèi)用很小。所鎳和合金AC無必要的就是購買夾具夾具可以連接到碳鋼DC

11、正一已有的電源以及壓縮空氣源上。不銹鋼DC正這種工藝的主要缺點(diǎn)是有關(guān)安全。因為它固有的噪雜和骯臟的加工過程。因此，操作工可能要用耳罩以降低噪音程度，并且通過過濾器呼吸 以消除所產(chǎn)生的金屬顆粒的吸入。也可能要求有火警戒以保證所切出的金屬滴不會引起火災(zāi)。另一缺點(diǎn)就是所切好的金屬在進(jìn)一步焊接前需要清理。在切割中，可能會滲碳。等離子弧切割（PAC ）最后一個要介紹的熱切割方法是等離子弧切割。除了是要用于去除金屬而不是把金屬連接在一起之外，這個工藝大部分與PAW的相同。設(shè)備要求也相似，除了所要求的電源要比用于焊接要更高一些。由于母材要增加加熱，所以要求轉(zhuǎn)移弧型的焊把。典型的手工或機(jī)械切割型的PAC焊把如

12、圖3.68所示，在圖3.69中所示的是整套PAC設(shè)備。對于機(jī)械化的 PAC切割，不僅焊把是內(nèi)部水冷卻的，而且實際的切割是在水或油下進(jìn)行的，以 減少噪音和粉塵程度。它的主要用途是切割非鐵基金屬，但也常常用于切割碳鋼。它的優(yōu)點(diǎn)包括能切 割OFC切割不了的金屬，高質(zhì)量切割以及增加了碳鋼的切割速度。它的一個缺點(diǎn)是總的切口太大并且切割邊緣可能不平整。如果希望的話，要用如水噴等特殊技術(shù)來改善邊緣輪廓。另一缺點(diǎn)是與氧燃料切割相比，其設(shè)備成本較高。機(jī)械切割最后讓我們來簡單地講一下與焊接一起使用的機(jī)械切割方法。這些方法包括剪切，鋸，磨，軋制,團(tuán)3.70-機(jī)械打磨機(jī)車，彎曲，成型，鉆，刨以及鑿。它們可以用于接頭準(zhǔn)

13、備，焊縫成型，部件制備，表面清理和焊縫中 缺陷的去除。請見圖 3.70。焊接檢驗師應(yīng)該知道如何使用這些方法。這 些方法的錯誤應(yīng)用可能會降低最終焊縫質(zhì)量。如,罔匯眄-辱離子弭剛迢牲許多這些方法用切割液來幫助操作。如果這些流 體在焊接前沒有完全清理干凈，就可能產(chǎn)生諸如 氣孔和裂紋等缺陷。小結(jié)在金屬制造中使用許多連接和切割工藝。知道各種各樣工藝基礎(chǔ)的焊接檢驗師能在它們進(jìn)行之前或當(dāng)中發(fā)現(xiàn)問題。技術(shù)水平與實踐中獲得的經(jīng)驗相結(jié)合可以使得焊接檢驗師能更好地進(jìn)行焊縫的目視 檢驗 。關(guān)鍵術(shù)語和定義AC 交流電流；在中國，極性變化是每秒50次。合金具有金屬特性的物質(zhì)，并由二個或更多的元素組成，其中至少有一個是金屬

14、元素。 字母數(shù)字運(yùn)用于命名中的數(shù)字和字母的組合。安培測量電流強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)單位。 電弧偏吹由于電磁力的作用，焊接電弧偏移其正常的路徑。 電弧長度從電極的尖端到熔池表面的距離。釬焊(硬釬焊)使用填充金屬連接材料而母材不熔化，熔點(diǎn)大于840 F (450 C)。見軟釬焊。毛細(xì)作用在釬焊中，使與固體所接觸的液體在要釬焊的接頭緊密接觸表面之間分布的力。 碳鋼鐵和小量碳的混合物。滲碳在焊接中，用于描述多余的碳滲入熱金屬表面的術(shù)語。在空氣碳弧切割，CAC A中可能出現(xiàn)。結(jié)合二個或多個材料連接在一起 規(guī)范由一城市，市政當(dāng)局，州或國家所采用的文件，具有法律效應(yīng)。DC 直流；恒定的電極DCEN 直流電流，電極接負(fù)極

15、。稱為直流正接。DCEP 直流電流，電極接正極。稱為直流反接。 不連續(xù)在材料結(jié)構(gòu)中的任何中斷；并不一定是缺陷。 后拖量在 OFC 和 PAC 中，在切割進(jìn)入點(diǎn)與退出點(diǎn)之間沿著切割邊緣測量的偏移量。 電極在電弧，熔化的導(dǎo)電焊渣或母材上終止的電路上的一元件。 接合面一個部件與另一部件連接時接觸或非常接近的的配合表面。 鐵基的描述金屬主要由鐵為基礎(chǔ)而組成，如鋼的術(shù)語。填充金屬加入焊接，釬接的金屬或合金。 焊劑用于阻止氧化物或其它不期望物在熔化的金屬和固體金屬表面的材料，并能熔化或幫助去除這些物質(zhì)。夾渣陷入的雜質(zhì)材料，如焊渣，焊劑，鎢或氧化物。 未熔合在焊接金屬熔合面或連接的焊道之間沒有熔合出現(xiàn)的一焊

16、接不連續(xù)。接頭未焊透在坡口焊縫中跟部的焊縫金屬沒有貫穿整個接頭厚度。 惰性氣體不能與其它材料化學(xué)地相結(jié)合的氣體。氬和氦是在焊接中最常用到的。 切口寬度在切割工藝中產(chǎn)生的切口的寬度。小孔效應(yīng)焊接在工件上穿透工件的孔。當(dāng)進(jìn)行焊接時，熔化了的金屬在小孔后流動形成焊縫。ksi 每平方英寸一千磅的命名。70,000psi就等于70ksi。低合金鋼是一種鐵和碳的合金，加入其它元素以提高強(qiáng)度。 非鐵基的除鐵基合金外的合金。銅，鎳和鋁合金都是非鐵基的。 阻尼孔在焊接中，用于控制或壓縮材料流動的小孔。等離子在焊接中，離子化的氣體流 氣孔由于在固化中由殘留氣體而形成的空穴狀的不連續(xù)。 位置在焊接中，焊池，接頭，連接件以及焊接加熱源之間的相互關(guān)系。例如，平面的，水平的，垂 直的以及上面的。前綴一字母或數(shù)字加在一項目的開始以改變它的意義。 方向在焊接中，該術(shù)語用于垂直焊接的方向，上坡焊和下坡焊。psi 每平方英寸磅 活潑氣體能夠與其它材料化學(xué)地相結(jié)合的氣體。沸騰鋼含碳量極低的，帶有框的或表面有淺深的鋼的鋼。通常在煉鋼時出現(xiàn)。 保護(hù)防止污染。渣在某些焊接和釬焊工藝中，焊劑和非金屬雜質(zhì)熔化產(chǎn)生的非金屬物。軟釬焊用金屬熔點(diǎn)低于 840 F (450 C)的填充金屬，而不熔化母材的連接材料方法。 固溶