安装工程施工技术-切割和焊接
安装工程施工技术-切割和焊接
一、切割
切割是焊接生产备料工序的重要加工方法，也是保证焊接质量的重要工序。常用的切割方法有机械切割、火焰切割、电弧切割和激光切割等。
（一）机械切割
机械切割方法是利用机械方法将工件切断。常用的切割机械主要有剪板机、弓锯床、钢筋切断机、砂轮切割机、电动割管套丝机等。
（1）剪板机是借助于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪板机属于锻压机械的一种，主要用于金属板材的切断加工。
（2）弓锯床是以锯条为刀具，利用装有锯条的弓锯作往复运动，以锯架绕一支点摆动的方式进给，锯切金属圆料、方料、管料和型材的机床。该机床结构简单，体积小，但效率较低。
（3）钢筋切断机是一种剪切钢筋所使用的一种工具。有全自动钢筋切断机和半自动钢筋切断机之分。主要用于房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点。
（4）砂轮切割机是以高速旋转的砂轮片切割钢材的工具。砂轮片是用纤维、树脂或橡胶将磨料黏合制成的。广泛应用于建筑、五金、水电安裝等部门，用以切割金属管、扁钢、工字钢、槽钢、圆钢等型材。但其生产效率低、加工精度低，安全稳定性较差。
（5）电动割管套丝机是设有正反转装置，用于加工管道外螺纹的电动工具。主要用于DN50以下钢管管螺纹的加工。它使管道安装时的管螺纹加工变得轻松，快捷，降低了管道安装工人的劳动强度。
（二）火焰切割
火焰切割是利用可燃气体在氧气中剧烈燃烧及被切割金属燃烧所产生的热量而实现连续切割的方法。其工作原理是用氧气与可燃气体混合后燃烧形成的高温火焰，将被割金属表面加热到燃点，然后喷出高速切割氧流，使金属剧烈氧化燃烧并放出大量热量，高压切割氧流同时将氧化燃烧形成的熔渣从割口间隙中吹除，形成割口，随着割炬向前移动使工件形成切口。
火焰切割按所使用的燃气种类，可分为氧-乙炔火焰切割（俗称气割）、氧-丙烷火焰切割、氧天然气火焰切割和氧氢火焰切割。实际生产中应用最广的是氧一乙炔火焰切割和氧一丙烷火焰切割。
1.气割金属需满足的条件
火焰切割过程包括预热→燃烧→吹渣三个阶段，但并不是所有金属都能满足该过程的要求，可以被气割的金属应该符合下列条件：
(1)金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点。
（2）金属燃烧生成氧化物的熔点应低于金属的熔点，且流动性要好。
（3）金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应，且金属本身的导热性要低。
符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。其他常用的金属材料如铸铁、不锈钢、铜和铝，由于不满足这三个条件，所以不能应用气割。这些材料常用的切割方法是等离子弧切割。
2.氧-乙炔火焰切割
氧-乙炔火焰的最高温度可达3300℃，对金属表面的加热速度较快。采用不同规格的割炬和割嘴，可以切割不同厚度的低碳钢、中碳钢和低合金钢。氧-乙炔火焰切割是一种传统的切割方法，应用相当广泛，通常切割厚度的范围为3～150mm。但如果钢材中含有铬，镍，钼等抗氧化的合金元素含量过高时，如不锈钢、工具钢等就必须采用氧熔剂切割或等离子弧切割。
氧-乙炔火焰切割由于安全性差，对环境污染严重和乙炔气制取成本高等原因，正逐步被氧一丙烷火焰切割所取代。
3.氧-丙烷火焰切割
氧-丙烷火焰切割与氧乙炔火焰切割相比具有以下优点：
(1)丙烷的点火温度为580℃,大大高于乙炔气的点火温度(305℃),且丙烷在氧气或空气中的爆炸范围比乙炔窄得多，故氧一丙烷切割的安全性大大高于氧-乙炔火焰切割。
（2）丙烷气是石油炼制过程的副产品，制取容易，成本低廉，且易于液化和灌装，对环境污染小。
（3）氧-丙烷火焰温度适中，当选用合理的切割参数切割时，切割面上缘无明显的烧塌现象，下缘不挂渣，切割面的粗糙度优于氧乙炔火焰切割。
氧-丙烷火焰切割的缺点是火焰温度比较低，切割预热时间略长，氧-气的消耗量亦高于氧-乙炔火焰切割，但总的切割成本远低于氧一乙炔火焰切割。
4.氧-氢火焰切割
氧-氢火焰切割是利用电解水装置产生的氢一氧混合气做燃料的一种火焰切割方法。氢氧焰温度可达300℃，火焰集中，割口表面光洁度高，无烧塌和圆角现象，不结渣。氧氢火焰切割具有以下优点：
（1）成本较低。利用氧一氢火焰切割钢材，燃气费用仅为乙炔的20%，丙烷的30%～40%，且无须搬运和更换气瓶，减轻了劳动强度，提高了工时利用率。
（2）安全性好。氢氧发生装置产生的气体压力较低，管理要求低，并设有多级安全保护，以确保操作安全性。由于气体不储存，即产即用，安全性比钢瓶燃气要高。
（3）环保。生产过程无污染，氢气-氧气燃烧后的产物为水，无毒、无味、无烟，给操作工人一个清爽的工作环境。
5.氧熔剂切割
氧熔剂切割是在切割氧流中加入纯铁粉或其他熔剂，利用它们的燃烧热和废渣作用实现气割的方法。此种切割方法烟尘少，切断面无杂质，可以用来切割不锈钢等。
（三）电弧切割
电弧切割按生成电弧的不同可分为等离子弧切割和碳弧气割。
1.等离子弧切割
等离子弧切割是一种常用的切割金属和非金属材料的工艺方法。等离子弧切割的机理与氧燃气切割有着本质上的差别。它是利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，并借助内部的或者外部的高速气流或水流将熔化材料排开，直至等离子气流束穿透背面而形成割口。
等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达105-106wWam，电弧温度可高达15000200远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，比氧燃气切割的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料，如不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜、钨、钼、和陶瓷、水泥、耐火材料等。
等离子切割机配合不同的工作气体可以切割各种气割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、碳钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法5～6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。
2.碳弧气割
碳弧气割是利用碳极电弧的高温，把金属局部加热到熔化状态，同时用压缩空气气流把熔化金属吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法。利用该方法也可在金属上加工沟槽。电弧切割的适用范围及特点为：
（1）在清除焊缝缺陷和清理焊根时，能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度，生产效率高。
（2）可用来加工坡口，特别适用于开U形坡口。
（3）使用方便，操作灵活。
（4）可以加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，但对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。
（5）设备、工具简单，操作使用安全。
（6）碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束熔化或气化被割材料，同时借助与光束同。
（四）激光切割
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束熔化或气化被割材料，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，并使激光束移动而实现的无接触切割方法。
激光切割与其他热切割方法相比较，主要特点有切口宽度小（0.1mm左右）、切割精度高、速度快、质量好，并可切割多种材料（金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等）。激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。此外，激光切割设备费用高，一次性投资大。
