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【正文】 (5 at)。 二、氣割 氣割原理及氣割條件 氣割（火焰切割）是用預熱火焰把金屬表面加熱到燃點，然后打開切割氧氣，使金屬氧化燃燒放出巨熱，同時，將燃燒生成的氧化熔渣從切口吹掉，從而實現金屬切割的工藝 . 要獲得平整優質的割縫，被割金屬材料應具備以下幾個條件： ⑴金屬的燃點應低于其熔點，否則形成熔割，使切口凹凸不平。 ⑵金屬氧化物的熔點應低于基本金屬的熔點，否則高熔點的氧化物會阻礙下層金屬與氧氣接觸，而使切割中斷。 ⑶金屬導熱性要低。 根據上述條件，含 %C以下的中、低碳鋼完全可以滿足上述條件，順利切割。當含碳量為 ～ %時，要預熱后再進行切割。 切割高碳鋼和強度高的低合金鋼時，有淬硬和冷裂傾向，要采取提高預熱火焰功率、降低切割速度或將工作預熱等措施。 不銹鋼、鑄鐵件可采用振動火焰切割或氧熔劑切割。 銅合金絲預熱后，可采用氧熔劑切割。 氣割示意圖 氣割設備及工具 氣割設備與氣焊設備基本相同。只有割炬與焊炬不同。割炬與焊炬相比，多一個切割氧氣的開關及通道。割嘴中間部分為氧氣通道，其四周呈環狀或梅花狀孔，并同心布置成加熱火焰的噴口， 割炬示意圖 氣割應用范圍 氣割具有設備簡單、操作方便、切割厚度范圍廣等優點，廣泛應用于碳鋼和低合金鋼的切割。除用于鋼板下料外，還用于鑄鋼、鍛鋼件毛壞的切割和表面清理、修理時的拆卸，某些場合還可用精密切割代替零件機加工。 近來研究證明，采用丙烷或天然氣代替乙炔，可顯著提高切口質量，降低切割成本。 切割方法除氣割外，還有電弧切割、等離子切割、激光切割等。 等離子切割主要用于不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金板材，有較好的效果，其應用范圍正在逐步擴大。 激光切割的特點是切縫窄、速度快、熱影響區小、切口光潔、但設備較復雜。 第四節 常用金屬材料的焊接 一、金屬材料的可焊性 金屬材料的可焊性是 指被焊金屬材料在采用一定工藝方法、工藝參數及結構型式的條件下，獲得優良焊接接頭的難易程度。 可焊性的確定主要包括兩方面： 工藝可焊性 主要指焊接接頭出現各種裂縫的可能性，亦稱抗裂性。 使用可焊性 主要指焊接接頭在 使用中的可靠性 ，包括焊接接頭的機械性能（強度、塑性、硬度、抗裂縫擴展能力等）及其它特殊性能（如耐熱、耐低溫等）。 可焊性可通過估算或試驗的方法來評定。鋼材的可焊性是采用估算法，因為影響鋼材可焊性的主要因素是 化學成分 。各種元素中，含碳量對鋼的影響最大。 含碳量越 高 ，可焊性越 差 ，故常把鋼材的各種元素的影響折合成相當于碳量成分的影響，亦稱 “ 碳當量法 ” 。 根據經驗： C當量 淬硬傾向 可焊性 預 熱 % ～ % % 不明顯 逐漸明顯 很 強 優 良 較 差 不 好 一般不需要 應適當預熱 較高溫度預熱 利用碳當量法估算可焊性是粗略的，因為鋼材可焊性還要受 結構剛度、焊后應力條件、環境 等因素影響。因此，實際工作中，除初步估算外，還應根據情況進行 抗裂性 或使用 可靠性 等試驗。 二、焊接接頭組織 熔化焊和部分壓力焊焊件接頭都經過 加熱 ，然后 迅速冷卻 的過程。因而焊縫及其臨近的區域金屬材料都受到一次不同溫度的 加熱和冷卻 的影響，其組織性能都發生相應的變化，故 臨近焊縫區域又叫熱影響區 。 圖為 低 碳鋼分別用熔化焊和壓力焊焊后焊縫和熱影響區組織變化示意圖。 焊接接頭組織變化示意圖 下面介紹熔化焊的情況。 焊縫（熔化區）部分的金屬溫度最高，冷卻時結晶從溶池壁開始并垂直于池壁方向發展，最后形成柱狀鐵素體和珠光體組織，其機械性能依含碳量及焊接規范而定。 熱影響區大體上分 半熔化區、過熱區、正火區、部分相變區及其它幾個區段 。 其中以 半熔化區及過熱區 對焊接接頭質量 影響最大 。半熔化區是焊縫與固態焊件交界區，這里晶粒粗大、塑性差，是 容易產生應力集中及裂縫 的區段，希望越窄越好。低碳鋼半熔化區較窄，影響不大。過熱區在 Ac3以上 100～ 200℃ 至半熔化區之間，仍處于高溫，晶粒長大十分嚴重，常常形成過熱組織。塑性、韌性都很低，也是容易產生裂縫的區段。正火區略低于過熱區溫度，這區段冷卻后晶粒得到細化，機械性能得到改善。其它各區對焊接性能影響不大。 總之，應盡量減小焊接接頭熱影響區。熱影響區的大小與焊接方法、焊接規范、焊接材質、焊后冷卻速度等因素有關。為消除減少熱影響區有害影響，可通過改變焊接方法及焊后熱處理的方法。正常規范下，各種焊接方法相比，以 氣焊時熱影響區為最大，手工電弧焊小得多，埋弧自動焊更小，電阻焊及等離子弧焊則幾乎無過熱區 。 在焊接中碳鋼、高碳鋼時，過熱區、正火區、甚至部分相變區都是淬火區，會出現淬火組織 （如馬氏體、屈氏體）， 硬度高、脆性大、易出現裂縫。 焊接鑄鐵時，除產生淬火組織外，半熔化區易出現白口組織， 難以機加工，更易出現裂縫。 因此，必須采取預熱等措施，以消除白口組織及淬火組織，保證焊接質量。 三、碳鋼和合金鋼的焊接 低碳鋼的焊接 低碳鋼的含碳量 ≤ %，可焊性良好。這類鋼采用各種方法焊接時，一般 不需要 采取特殊工藝措施，都能獲得良好的焊接接頭。但厚度大于 50mm的結構或受動負荷的重要結構應適當考慮焊 前 預熱及焊后 進行熱處理，以 減少內應力 ，并采用低氫型焊條。 中、高碳鋼焊接 中碳鋼可焊性 較差 ，高碳鋼則 更差 。中碳鋼焊接主要特點是：在熱影響區及焊縫中容易產生裂縫；在相當于低碳鋼的過熱區、正火區及部分相變區均會出現馬氏體組織，形成淬火區；在焊縫中 容易產生氣孔。因此，盡可能選用抗裂性好的焊條。 預熱是焊接 中 碳鋼的重要措施 。一般情況，對 3 45鋼預熱溫度約為 150～ 250℃ ，剛度較大或含碳量更高，則預熱溫度應 更高 一些。如不允許預熱時，可選用 鎳鉻不銹鋼焊條 。用各種焊條焊接 中碳鋼 時， 均 應采用 小電流、細焊條，開坡口進行多層焊 ，以防止母材過多熔入焊縫。 高碳鋼 焊接特點與中碳鋼基本相似。由于含碳量更高可焊性 更差 ，這類鋼一般不用來制造焊接結構，主要是 焊補 一些損壞零件。 低合金結構鋼焊接 我國低合金鋼含碳量都較低。由于其它 化學成分不同 ，所以 性能上有很大 差異 ，可焊性差別也較顯著。強度級別低的低合金鋼含合金元素 少 ，碳當量 低 ，具有良 好 的可焊性，如 Q29 Q345等一類級別較低的鋼材，在常溫下焊接時 與 對待 低碳鋼一樣。 在低溫、大剛度結構進行焊接時，應根據厚度選擇預熱溫度，選用低氫型焊條，焊后進行回火，以消除應力。 對于強度級別高的低合金，一般需要 ≥ 150℃ 的預熱，還應及時進行600～ 650℃ 焊后熱處理 或 在焊前將焊件加熱至 200～ 350℃ ，保溫 2～ 6小時，進行消氫處理，加速氫逸出，防止 冷裂縫 。 中、高合金鋼焊接 中、高合金鋼，合金元素更多，一般情況下，可焊性 更差 ，必須根據具體情況采取 焊前消除應力、預熱、嚴格控制焊接規范、焊后熱處理、并選用相應焊條等措施。 四、鑄鐵的焊補 鑄鐵件的 鑄造缺陷 以及鑄鐵零件在使用過程中發生 局部損壞 或 斷裂 ，都需要焊補。但鑄鐵的可焊性 差 ，易產生 裂縫、氣孔 ，并易產生 白口組織 ，使 加工困難 。隨著焊接工藝的改進，焊接材料的研制和定型，鑄鐵焊補技術的廣泛掌握，使用損壞的鑄鐵零件及鑄件缺陷大部分可以焊補修復。 鑄鐵焊補常分為 熱焊法 和 冷焊法 兩種： 熱焊法：焊前將焊件 預熱 （整體或局部）到 500～ 700℃ ，焊補過程中溫度不應低于 400℃ ，焊后 緩冷 。熱焊法能有效地 防止白口和裂縫 的產生，焊后 易 于機加工。但成本較 高 ，生產率 低 、勞動條件 差 。一般用于 小型及焊后需要加工的復雜和重要鑄件 。熱焊法多采用 鑄鐵芯焊條 ，可用 電弧焊 或 氣焊 。 冷焊法：焊前不預熱 或 預熱溫度低于 400℃ 。冷焊法生產率 高 、勞動條件 較好 、成本 低 。但 易出現裂縫、氣孔及白口組織 。手工電弧焊冷焊過程中，為減少熔深，盡量采用 小電流 ， 短孤 、 窄焊縫 、 短焊道 （ 10～ 50mm）、 斷續焊 ，并在焊后及時 輕輕錘擊 以減小應力。層間冷卻到 60～ 70℃ （或到預熱溫度）再繼續施焊。焊后要求機加工的鑄件焊補常用純鎳、鎳鐵、鎳銅鑄鐵焊條（鑄 30鑄 40鑄 508），但價格 很高 。如焊后不需要機加工的鑄件缺陷焊補可采用氧化型鋼芯鑄鐵焊條（鑄 100）、高釩鑄鐵焊條（鑄 11鑄 117）、銅鐵鑄鐵焊條（鑄 60鑄 612）等成本較 低 的焊條。 21什么是可焊性？如何估計鋼材的可焊性？ 21手工電弧焊時，低碳鋼的熱影響區與中、高碳鋼的熱影響區有什么不同？中、高碳鋼焊接時為了防止裂縫、應采取什么措施？ 21鑄鐵焊補有哪些困難、通常采用哪些方法？