氣焊氣割實(shí)作(模塊五)

氣焊氣割實(shí)作制作人：楊新華孫登科所屬專業(yè)類名稱：材料加工工程推薦學(xué)院：材料工程學(xué)院2013多媒體課件大賽氣焊氣割技術(shù)（模塊五）先進(jìn)焊接與切割技術(shù)課程目標(biāo)1．能夠正確描述熱噴涂、等離子、數(shù)控及精密切割的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用；2．能夠正確描述熱噴涂、等離子、數(shù)控及精密切割設(shè)備組成；3．能夠正確描述熱噴涂、等離子、數(shù)控及精密切割工藝參數(shù)；知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)1．能夠識(shí)別熱噴涂、等離子、數(shù)控及精密切割設(shè)備；2．能簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)等離子切割工藝參數(shù)；3．能對(duì)先進(jìn)焊接與切割工件做出質(zhì)量評(píng)價(jià)；火焰噴涂噴焊1等離子切割2

火焰精密氣割4目錄

數(shù)控火焰切割31.火焰噴涂噴焊火焰噴涂

火焰噴涂是熱噴涂技術(shù)中重要的一種噴涂方法。熱噴涂用專用設(shè)備把某種固體材料熔化并使其霧化，加速噴射到機(jī)件表面，形成一特制薄層，以提高機(jī)件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能的一種工藝方法。

火焰噴涂應(yīng)用廣泛用氧－燃料氣體作為加熱源，用燃?xì)饣蚨栊詨嚎s氣體霧化并加速噴涂材料，在基材表面沉積形成涂層。

火焰噴涂包括線材火焰噴涂、粉末火焰噴涂和棒材火焰噴涂。目前使用最多的是氧-乙炔線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。

火焰噴涂過程1.火焰噴涂噴焊(續(xù))噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化霧化飛行噴涂噴涂層的形成機(jī)理1.火焰噴涂噴焊(續(xù))涂層材料熱噴涂材料最好有較寬的液相區(qū)；

易分解材料；碳化鎢；塑料對(duì)噴涂材料的形狀與尺寸也有要求；線材：１３mm,粉末：

1

100m

(1)純金屬及其合金

(2)陶瓷材料

(3)復(fù)合材料

(4)有機(jī)塑料1.火焰噴涂噴焊(續(xù))火焰分類中性焰：即乙炔在氧中充分燃燒。適宜于噴涂金屬材料；中性焰1.火焰噴涂噴焊(續(xù))還原焰：即乙炔相對(duì)氧氣的比例偏大。會(huì)提高涂層碳含量且噴涂效率低；還原焰1.火焰噴涂噴焊(續(xù))氧化焰：即氧氣相對(duì)乙炔的比例偏大。適宜于噴涂陶瓷材料。氧化焰1.火焰噴涂噴焊(續(xù))線材火焰噴涂原理和設(shè)備把金屬線以一定的速度送進(jìn)噴槍里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用壓縮空氣把其霧化并吹走，沉積在預(yù)處理過的工件表面上。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))壓縮空氣供給系統(tǒng)氧-乙炔供給系統(tǒng)、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍線材火焰噴涂設(shè)備圖典型線材火焰噴涂設(shè)備1.火焰噴涂噴焊(續(xù))1)涂層結(jié)構(gòu)為明顯的層狀結(jié)構(gòu);2)涂層中含有明顯的氣孔和氧化物夾渣;3)涂層結(jié)合強(qiáng)度為10~30MPa;4)涂層氣孔隙為10%~15%。涂層特性1.火焰噴涂噴焊(續(xù))用少量氣體將噴涂粉末輸送到噴槍的噴嘴前端，通過燃?xì)饧訜?、熔化并加速噴涂到基體表面。粉末火焰噴涂1.火焰噴涂噴焊(續(xù))粉末火焰噴涂的典型裝置圖粉末火焰噴涂設(shè)備粉末火焰噴涂設(shè)備主要是粉末火焰噴槍，其它輔助設(shè)備包括氣瓶、氣體流量調(diào)節(jié)裝置等。當(dāng)需要使用壓縮空氣時(shí)，還包括壓縮空氣系統(tǒng)。粉末火焰噴槍外形如右圖所示。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))涂層特性

1）涂層中含有一定量的氧化物及氣孔，并有少量變形不充分的顆粒；2）涂層結(jié)合強(qiáng)度10-30MPa；3）涂層孔隙率高。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))火焰噴涂特點(diǎn)及工藝火焰噴涂特點(diǎn)：應(yīng)用非常靈活，可噴涂金屬、陶瓷、塑料等；噴涂設(shè)備輕便簡(jiǎn)單，可移動(dòng)；設(shè)備價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)性好。不足：噴出顆粒速度較小，火焰溫度較低，涂層強(qiáng)度較低，氣孔率高，容易氧化。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))

火焰噴涂工藝表面預(yù)處理噴后處理噴工作層噴打底層預(yù)熱火焰噴涂工藝：預(yù)熱目的：1）去除工件表面的水分；2）提高工件表面與熔粒的接觸溫度；3）降低涂層冷卻速度，減小涂層內(nèi)應(yīng)力。預(yù)熱溫度一般控制在100～200℃為宜。可直接用噴槍預(yù)熱需打底層時(shí)，可在噴涂工作層之前用鉬或放熱型的鎳包鋁、鋁包鎳粉末先噴涂一層厚度約0.10～0.15mm的打底層。嚴(yán)格控制噴涂材料的霧化參數(shù)、供給速度、噴涂距離（100～150mm）、噴涂角度（60°~90°）、噴槍與工件的移動(dòng)速度（7～18m／min）和層間溫度（<250℃）等?；鹧鎳姾笩釃姾冈聿捎脽嵩磳⑼繉硬牧显诨w表面重新熔化或部分熔化，并凝結(jié)于基體表面，形成與基體具有冶金結(jié)合的表面層，把這種表面冶金強(qiáng)化方法稱為熱噴焊，也稱為熔結(jié)。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))熱噴焊的特點(diǎn)組織致密，冶金缺陷很少，與基體結(jié)合強(qiáng)度高；所用材料范圍窄；基材的變形比熱噴涂大得多；熱噴焊層的成分與原始成分有一定差別。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))火焰噴焊：火焰噴涂形成后或先在基體表面噴粉，再對(duì)涂層用火焰直接加熱，使涂層在基體表面重新熔化，基體的表面完全潤(rùn)濕，界面有相互的元素?cái)U(kuò)散，產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))

用氧—乙炔火焰作為噴焊的熱源，把自熔合金粉末噴涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加熱熔化涂層，獲得致密的、結(jié)合牢固的噴焊層。1火焰噴焊設(shè)備噴焊槍例如：氧—乙炔粉末火焰噴焊1.火焰噴涂噴焊(續(xù))（1）預(yù)處理：清潔、粗化被處理工件表面；（2）預(yù)熱：使工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臒崤蛎?，減少噴焊層應(yīng)力。（3）噴粉和重熔：

1）一步法：邊噴粉邊熔化。特點(diǎn)是粉末沉積率高，但涂層厚度不均勻。

2）二步法：先噴涂，然后用重熔槍將涂層熔化形成噴焊層（“鏡面”反光）。（4）后處理：噴焊較硬涂層時(shí)，應(yīng)采取噴焊后緩冷的措施。火焰噴焊工藝1.火焰噴涂噴焊(續(xù))火焰噴焊的應(yīng)用1.火焰噴涂噴焊(續(xù))用熱源將涂層材料重熔，涂層內(nèi)顆粒之間、涂層與基體之間形成無孔隙的冶金結(jié)合。組織致密，冶金缺陷很少，與基體結(jié)合強(qiáng)度高；所用材料范圍窄；基材的變形比熱噴涂大得多；熱噴焊層的成分與原始成分有一定差別火焰噴焊的特點(diǎn)1.火焰噴涂噴焊(續(xù))1）工件表面溫度：噴涂時(shí)工件表面溫度<250℃；噴焊要>900℃。2）結(jié)合狀態(tài)：噴涂層以機(jī)械結(jié)合為主；噴焊層是冶金結(jié)合。3）粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，噴涂粉末不受限制。4）涂層結(jié)構(gòu)：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無孔隙。5）承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)力。噴焊工藝與噴涂工藝的區(qū)別1.火焰噴涂噴焊(續(xù))火焰噴焊的應(yīng)用熱噴焊不僅可以用來修復(fù)表面磨損的零件，當(dāng)使用合金粉噴焊時(shí)還能使修復(fù)件比新零件更耐磨，所以也將其用于新零件表面的強(qiáng)化和裝飾等，使零件的使用性能更好，壽命更長(zhǎng)。1.火焰噴涂噴焊(續(xù))等離子切割過程與氣割原理有本質(zhì)的區(qū)別，它是一個(gè)物理切割的過程利用等離子弧的高溫將割縫處金屬熔化，并用高速焰流將其吹走隨著割嘴的移動(dòng)從而形成狹窄縫隙把材料分開等離子弧又稱作壓縮電弧一種導(dǎo)電截面收縮的比較小，從而能量更加集中的電弧

2.等離子切割產(chǎn)生的原理與焊接用電弧基本相同電弧是一種穩(wěn)定的氣體放電形式，是電流通過氣體的現(xiàn)象通常情況下，氣體是良好的絕緣體在外加能量作用下，氣體中一些原子放出電子而變成正離子——電離等離子弧的產(chǎn)生

2.等離子切割（續(xù)）等離子體在30000K時(shí)，各種氣體幾乎都變成離子，處于完全電離狀態(tài)處于完全電離狀態(tài)的氣體便是所謂的“等離子體”這種氣體完全由帶電粒子組成，具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)出明顯的電磁性能，但其整體卻保持著電中性物質(zhì)存在的第四態(tài)

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧發(fā)生裝置的原理

2.等離子切割（續(xù)）電弧通過噴嘴孔道在鎢極和被切割金屬之間燃燒弧柱受冷氣流及水冷噴嘴孔道壁的冷卻作用促使電弧的弧柱導(dǎo)電截面縮小，電流密度增加整個(gè)弧柱的能量集中在中心區(qū)域熱收縮效應(yīng)

2.等離子切割（續(xù)）冷卻氣體的這種作用被稱為“熱收縮效應(yīng)”在已縮小的截面上通過同樣的電流，須提高供給電壓這時(shí)，弧柱的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)提高其值在很大程度上反映了電弧所受到的壓縮程度

2.等離子切割（續(xù)）磁收縮效應(yīng)等離子弧電流達(dá)到相當(dāng)數(shù)值時(shí)，弧柱電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)弧柱截面積進(jìn)一步壓縮這種作用稱為“磁收縮效應(yīng)”自由燃燒電弧也存在磁收縮效應(yīng)等離子弧有較高的電流密度而且以熱收縮做前提所以磁收縮效應(yīng)更強(qiáng)

2.等離子切割（續(xù)）機(jī)械收縮效應(yīng)噴嘴孔道的孔徑對(duì)弧柱產(chǎn)生強(qiáng)制壓縮作用電弧周圍的壓縮氣流或水流也對(duì)弧柱產(chǎn)生強(qiáng)制壓縮作用這種對(duì)電弧的壓縮被稱為“機(jī)械收縮效應(yīng)”

2.等離子切割（續(xù)）等離子切割的實(shí)現(xiàn)三種收縮效應(yīng)的壓力與等離子弧內(nèi)部的熱擴(kuò)散作用達(dá)到平衡形成高速高溫等離子流，從噴嘴孔噴出等離子流遇到低溫金屬便復(fù)合成原子或分子并放出能量，使割縫處金屬溫度迅速升高而熔化等離子流較強(qiáng)的機(jī)械沖力，將被熔化的金屬?zèng)_走而實(shí)現(xiàn)切割

2.等離子切割（續(xù)）水射流等離子發(fā)生裝置

圖示為一種水射流等離子發(fā)生裝置的切割示意圖與一般等離子弧切割的區(qū)別主要在于噴嘴結(jié)構(gòu)上的不同

2.等離子切割（續(xù)）水射流等離子發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)

在噴嘴的弧柱出口處，增加一圈水射流孔水射流從四周射向電弧，加大熱收縮效應(yīng)弧柱經(jīng)水冷卻被進(jìn)一步收縮電弧的能量密度更為集中，從而進(jìn)一步提高切割速度

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧的類型等離子弧的發(fā)生裝置是在鎢極氬弧焊的實(shí)踐基礎(chǔ)上形成的由電源的連接方式，等離子弧可分為轉(zhuǎn)移型、非轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種

2.等離子切割（續(xù)）轉(zhuǎn)移型等離子弧的發(fā)生電極接負(fù)極，工件接正極電弧首先在電極與噴嘴間形成然后在電極與工件加一較高電壓等離子弧轉(zhuǎn)移到電極與工件間

2.等離子切割（續(xù)）轉(zhuǎn)移型等離子弧的應(yīng)用轉(zhuǎn)移型等離子弧的陰極斑點(diǎn)和陽極斑點(diǎn)分別落在電極和工件上產(chǎn)生的熱量多而且集中可以用于切割，也可用來進(jìn)行焊接這種類型的等離子弧發(fā)生在電極和工件間，所以要求工件必須是導(dǎo)體

2.等離子切割（續(xù)）非轉(zhuǎn)移型等離子弧只是噴嘴接正極等離子弧產(chǎn)生于電極與噴嘴之間高溫焰流經(jīng)噴嘴噴出陽極斑點(diǎn)在噴嘴上，熱量損失較多導(dǎo)致等離子弧的溫度降低適用于薄板的切割和焊接可以切割金屬材料和非金屬材料

2.等離子切割（續(xù)）聯(lián)合型等離子弧轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧同時(shí)存在這種類型的等離子弧主要用于

微弧焊粉末材料的噴焊

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧的物理特性(1)

等離子弧的熱特性熱特性是一個(gè)熱源的重要特性等離子弧的溫度、熱功率及熱效率等離子弧的溫度等離子弧溫度主要是指弧柱的溫度弧柱溫度一般與電弧功率，氣體、電極材料及其它工作條件有關(guān)

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧的溫度等離子弧的弧柱溫度可達(dá)15000K~50000K，而且從焰心到邊緣的溫度梯度極大轉(zhuǎn)移型等離子弧較另兩種類型等離子弧具有更高的溫度工作氣體用氮?dú)猓琁=300A、U=250V、噴嘴孔徑d=2.8mm和氣體流量Q=50l/min條件下噴嘴附近最大溫度Tmax=30000℃當(dāng)I=1500A，d=2.5mm時(shí)，Tmax=52000℃，能量集中程度達(dá)到1.1×109W/cm2

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧的工作氣體氣體在弧柱加熱、分解、電離的過程中吸收熱量，并達(dá)到很高的溫度氣體熱分解、電離以及溫度升高時(shí)，吸收的熱量越多，傳遞熱量的能力越大從加熱分解的角度，只有分子態(tài)氣體才可能分解等離子弧的工作氣體有：H2、N2、空氣、水蒸氣和氬氣等等離子弧燃燒時(shí)所用氣體的熱焓隨溫度的升高而增大

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧的熱效率電能在等離子槍中轉(zhuǎn)變成熱能，并沒有全部用于加熱工件冷卻水帶走、輻射等轉(zhuǎn)移型弧熱損失少些，工件可以得到60%的熱能工件實(shí)際得到的熱能為等離子弧有效熱功率

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧焰流速度等離子弧焰流速度極快，可達(dá)到音速甚至超音速(300~1000m/s)具有極強(qiáng)的吹力工件氣體在噴嘴孔道被加熱，體積急劇膨脹，噴出速度快(熱力加速)切割工藝中，焰流速度快、沖力大的等離子弧被稱為剛性弧小孔徑噴嘴和大流量工作氣體容易獲得剛性弧

2.等離子切割（續(xù)）等離子弧切割工藝等離子弧工藝參數(shù)有

空載電壓U0切割電流I工作電壓U氣體流量Q切割速度v噴嘴到工件的距離h鎢極到噴嘴端面的距離l噴嘴孔徑尺寸d

切割面斜角

2.等離子切割（續(xù)）空載電壓U0為使等離子弧易于引燃和穩(wěn)定燃燒，要電源的U0＞150V在切割較厚材料時(shí)(200mm以上)，U0＞200V切割厚材料時(shí)，U0=300~400V由于空載電壓U0高，需注意安全

2.等離子切割（續(xù)）切割電流和工作電壓

切割電流和工作電壓決定了等離子弧的功率加大切割電流和工作電壓可以增加等離子弧的熱功率提高被切割工件厚度和切割速度切割速度隨切割電流的增加而顯著增加隨被切割金屬厚度的增加，切割電流I對(duì)切割速度v的影響效果變小

2.等離子切割（續(xù)）氣體流量Q在其它條件相同時(shí)，Q的增加使弧柱熱收縮效應(yīng)增強(qiáng)，能量更集中隨Q的增加，U增高→電弧功率提高，弧柱T升高，v增加同時(shí)電弧噴射速度加快，沖力提高，也有利于提高v和切割質(zhì)量Q過大時(shí)，部分能量由冷空氣帶走，使熔化金屬的熱量減少影響電弧燃燒穩(wěn)定性和正常的切割

2.等離子切割（續(xù)）切割速度v合適的切割速度v可以提高切口表面質(zhì)量在功率不變的情況下，切割速度v加快→工件受熱面積↓，熱影響區(qū)↓V過大→被切割件出現(xiàn)不熔化V太慢→生產(chǎn)率↓，切口表面不光潔，底部毛刺增加，而且工件變形較大在保證切割質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量提高切割速度v速度偏高形成的掛渣

2.等離子切割（續(xù)）噴嘴到工件表面距離h為充分利用等離子弧熱量，便于操作噴嘴到工件表面的距離h控制在10mm以內(nèi)通常為4~7mm

2.等離子切割（續(xù)）噴嘴參數(shù)—l、dl—鎢極端部到噴嘴端部的距離關(guān)系到電弧能否受到良好的壓縮l過大，破壞電弧穩(wěn)定性l太小，容易造成鎢極與噴嘴短路而燒壞噴嘴

2.等離子切割（續(xù)）噴嘴直徑d噴嘴直徑影響弧柱直徑和溫度d↑→壓縮程度減弱，能量密度↓

→沖力↓，v↓

→切割能力↓一般小U對(duì)應(yīng)大d，大U對(duì)應(yīng)小d

2.等離子切割（續(xù)）“零”斜角倒斜角正斜角

過高過低切割面斜角割炬高度對(duì)切割面斜角的影響效果。

2.等離子切割（續(xù)）3.數(shù)控火焰切割數(shù)控火焰切割機(jī)就是用數(shù)字程序驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，隨著機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過切割火焰對(duì)物體進(jìn)行切割。這種機(jī)電一體化的切割機(jī)就稱之為數(shù)控火焰切割機(jī)。61龍門式數(shù)控切割機(jī)懸臂式數(shù)控切割機(jī)便攜式數(shù)控切割機(jī)數(shù)控火焰切割機(jī)類型與結(jié)構(gòu)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）

有效切割寬度分為：1.0m1.2m1.5m三種，有效長(zhǎng)度有1.5m2.0m3.0m三種，三組數(shù)據(jù)可任意組合。便攜式優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜、質(zhì)輕小巧、可直接放于鋼板上進(jìn)行切割，提高生產(chǎn)率，節(jié)約成本。 便攜式缺點(diǎn)：切割寬度、長(zhǎng)度有限制，鋁合金橫梁不能長(zhǎng)時(shí)間在高溫下連續(xù)切割，最厚切割60mm低碳鋼，無改造價(jià)值。主要應(yīng)用場(chǎng)合：第一類是廠房空間有限制。第二類資金緊張。第三類試探性購買。

便攜式數(shù)控火焰切割機(jī)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）懸臂式數(shù)控火焰切割機(jī)簡(jiǎn)介

懸臂式優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格適中、占用場(chǎng)地少、切割范圍廣、最厚可切割至100mm。懸臂式缺點(diǎn)：懸臂式結(jié)構(gòu)，單邊驅(qū)動(dòng)，只能固定在某一位置，不可挪動(dòng)，隨著使用年限的增加，誤差會(huì)隨著增加，無改造價(jià)值。3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)簡(jiǎn)介龍門式優(yōu)點(diǎn)：雙邊驅(qū)動(dòng)，龍門結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，橫梁采用箱式焊接技術(shù)，不變形，切割尺度大，使用年限長(zhǎng)，具有改造價(jià)值。龍門式缺點(diǎn)：占用廠房面積較大，固定式切割，不可拆不可挪動(dòng)，購買價(jià)格較貴。3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）板材數(shù)控切割機(jī)管材數(shù)控切割機(jī)其它數(shù)控切割機(jī)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）數(shù)控激光切割機(jī)，具有切割速度快，精度高等特點(diǎn)，激光切割機(jī)價(jià)格昂貴，切割費(fèi)用高，目前只適合于薄板切割、精度要求高的場(chǎng)合數(shù)控水刀切割機(jī)，適用于任何材料的切割（金屬、非金屬、復(fù)合材料），切割精度高，不產(chǎn)生熱變形，具環(huán)保的切割方式。它的缺點(diǎn)在于切割速度慢、效率低、切割費(fèi)用高。其它數(shù)控切割機(jī)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）切割具有大厚度碳鋼切割能力，切割費(fèi)用較低；但存在切割變形大，切割精度不高，而且切割速度較低，切割預(yù)熱時(shí)間、穿孔時(shí)間長(zhǎng)，較難適應(yīng)全自動(dòng)化操作的需要。它的應(yīng)用場(chǎng)合主要限于碳鋼、大厚度板材切割，在中、薄碳鋼板材切割上逐漸會(huì)被等離子切割代替。數(shù)控火焰切割機(jī)特點(diǎn)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）68數(shù)控火焰切割機(jī)結(jié)構(gòu)1.料架2.氣路系統(tǒng)3.控制系統(tǒng)4.主端梁5.主小車6.副小車7.割炬8橫梁9副端梁10導(dǎo)軌與基礎(chǔ)3.數(shù)控火焰切割（續(xù)）691、料架：料架采用鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，允許多件拼接，上面鋪設(shè)鑄鋼臺(tái)角。3.