割炬

射吸式割炬是通過噴射氧流的射吸作用將燃料與氧氣混合后燃燒，該類割炬使用的燃料分為氣體和液體兩種，氣體燃料主要是乙炔，液體燃料主要為汽油和醇基燃料等。以國(guó)家關(guān)于限制乙炔氣發(fā)展、尋求新能源替代乙炔的整體要求作為出發(fā)點(diǎn)，研究一種以液體燃料為基礎(chǔ)的射吸式割炬，以消除乙炔割炬存在的弊端。

一、射吸割據(jù)工作原理

射吸式液體燃料割炬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為射流泵，射流泵是一個(gè)沒有運(yùn)動(dòng)部件的泵，它是利用一股流體的能量抽送另一股流體的泵。射流泵工作時(shí)，高壓氧氣以流速V1由射流泵噴嘴高速射出，連續(xù)帶走了吸入室的空氣，在吸入室內(nèi)形成低壓區(qū)，被抽升的液體燃料在大氣壓力作用下，以流速V2進(jìn)入吸入室內(nèi)，兩股流體在喉管中進(jìn)行能量的傳遞和交換，工作流體的速度降低，被吸入流體的速度增加，直到喉管出口，使兩者的流速和壓力趨于一致，然后經(jīng)擴(kuò)散管使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能后，經(jīng)由管道輸送到割炬的噴嘴，在割嘴處與切割氧混合燃燒，達(dá)到切割金屬的目的。

設(shè)計(jì)的割炬使用液體燃料，在噴嘴處產(chǎn)生高溫火焰，使割炬具有一定的溫度，并傳遞至割炬喉管處，使其有適當(dāng)?shù)臒崃繉?duì)液體燃料進(jìn)行加熱并霧化，以便獲得更好的氣化效果，提高燃燒效率。

二、射吸割據(jù)性能影響因素

1、設(shè)計(jì)參數(shù)及裝配因素

1）設(shè)計(jì)參數(shù)。

射流泵主要參數(shù)有：壓力比h、流量比q、喉嘴面積比m、兩種流體的密度比ρ，用以上參數(shù)可以表示射流泵壓力比的基本方程：h =f（m，q，ρ），由射流泵基本性能曲線可知，當(dāng)ρ一定時(shí)，在某一個(gè)喉嘴面積比下，壓力比與流量比近似為直線關(guān)系，隨m值的增大，直線由陡降變?yōu)槠骄?。在面積比已定的情況下，使射流泵效率最高的流量比和壓力比成為最優(yōu)的流量比和壓力比。

2）裝配質(zhì)量。

裝配射吸結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意噴嘴和喉管的同軸度，以確保其具備足夠的射吸能力，亦應(yīng)保證射吸結(jié)構(gòu)的密封性，保證不漏氣。裝配割炬的割嘴時(shí)，必須使割嘴的內(nèi)芯和外套保持同心，以達(dá)到切割氧射流位于預(yù)熱火焰的中心。安裝割嘴時(shí)，要注意擰緊割嘴螺母，防止燃料泄露。

2、操作因素

1） 切割前處理。

切割前應(yīng)將工件上的漆皮、鐵銹及污物清理干凈。如在硬化地面上切割，還需將工件墊高，以防地面受熱將熔渣爆濺，以保證操作安全有效進(jìn)行。

2）切割氧壓力。

根據(jù)工件厚度、割嘴型號(hào)及氧氣的純度選擇氧氣壓力。切割氧壓力過大或過小，都會(huì)使切割效果不佳。實(shí)際切割中，最佳切割氧壓力可用試放風(fēng)線的辦法確定，對(duì)所選用的割嘴，當(dāng)風(fēng)線最清晰且最長(zhǎng)時(shí)，該壓力即為合適值。

3）預(yù)熱火焰功率。

切割時(shí)預(yù)熱火焰功率應(yīng)選用中性焰或輕微氧化焰，確保其強(qiáng)度適中。實(shí)際中應(yīng)根據(jù)工件厚度、割嘴型號(hào)和質(zhì)量要求選用，切割的預(yù)熱時(shí)間根據(jù)工件厚度確定。

4）切割速度。

切割速度與工件厚度和割嘴型號(hào)有關(guān)，工件愈厚，切割速度要慢，反之要快。切割速度須與切口內(nèi)金屬的氧化速度相適應(yīng)，切割速度過慢會(huì)使切口邊緣不齊，甚至產(chǎn)生局部熔化現(xiàn)象；切割太快則后拖量過大，甚至割不透。在切割操作時(shí)，切割速度可根據(jù)切口中落下的熔渣火花方向來掌握，火花呈垂直或稍偏前方排出時(shí)為正常速度。直線切割時(shí)采用火花稍偏后方排出的較快速度。

5）割嘴與工件間的傾角。

該傾角和工件的厚度有關(guān)，其大小影響切割速度和后拖量。當(dāng)割嘴沿切割前進(jìn)方向傾斜一定角度時(shí)，能使熔渣吹向切割線的前緣，減少后拖量，從而提高切割速度。如傾角選擇不當(dāng)，在有損切割效率的情況下，還會(huì)增加氧氣消耗量，甚至造成切割困難。

6）割嘴到工件的距離。

應(yīng)根據(jù)預(yù)熱火焰功率及工件厚度來確定割嘴到工件表面的距離，通?；鹧嫜嫘碾x開工件表面的距離在3~5 mm范圍。如果割嘴高度過低，氧氣對(duì)割縫的冷卻作用增加；如果距離過大，火焰溫度不夠，割縫燃燒不好，并導(dǎo)致切割氧流動(dòng)力下降，使排渣困難，影響切割質(zhì)量。

三、常見問題分析

1）割炬射吸能力減小。

長(zhǎng)期使用灰塵雜質(zhì)進(jìn)入割炬，造成氧氣通道堵塞，射流氧壓力降低，此時(shí)可開啟氧氣調(diào)節(jié)閥使氧氣倒流，將雜質(zhì)吹出；如果割嘴堵塞，可用通針將雜質(zhì)清除；或因射吸結(jié)構(gòu)中的噴嘴與喉管不同軸引起，應(yīng)及時(shí)調(diào)直對(duì)正。

2）切割火焰偏火，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

液體燃料霧化效果不好，與氧氣的混合均勻度差，混合后的氣化性能不足引起，可檢查射吸結(jié)構(gòu)的密封性，以保證霧化效果；或因氧氣閥針的螺紋磨損，配合間隙過大，造成漏氣等現(xiàn)象，須更換氧氣閥針。

3）焊割時(shí)出現(xiàn)滅火現(xiàn)象。

原因之一是割嘴松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)將割嘴與割炬本體重新連接，保證密封性；或由于割嘴與混合氣管溫度過高，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉燃料氣管，將割嘴浸入水中冷卻。

影響射吸式液體燃料割炬的因素很多，主要包括設(shè)計(jì)參數(shù)、裝配質(zhì)量和操作方法等。為了達(dá)到射吸式割炬的最佳效果，需要理論結(jié)合實(shí)際，得到最佳設(shè)計(jì)參數(shù)及操作方法，以提高工作效率及生產(chǎn)過程的安全性。使用割炬切割的過程中，也會(huì)出現(xiàn)其他預(yù)期不到的問題，需要設(shè)計(jì)及使用者特別對(duì)待并及時(shí)總結(jié)，以達(dá)到最佳使用效果。

EXA-6000型6m×18m水下等離子數(shù)控切割機(jī)床，所用系統(tǒng)是NCE2000，等離子切割電源型號(hào)是MAX200，200A，氧氣等離子空氣保護(hù)。它提供高切割速度，有較好的經(jīng)濟(jì)性。

主要參數(shù)

等離子氣體類型為氧氣，等離子氣體壓力，試驗(yàn)3～4kg，運(yùn)行3.5～4.8kg，保護(hù)氣體類型為空氣，保護(hù)氣體壓力5kg，割炬至工件的距離按材料及厚度不同，可在3～6mm調(diào)整使用，引弧電流設(shè)置為200A，弧壓設(shè)置125～145V，運(yùn)行速度3700～680mm/min，等離子氣體入口壓力8.5kg，保護(hù)氣體入口壓力6.5kg。

割炬按預(yù)熱火焰中氧氣和乙炔的混合方式不同分為射吸式和等壓式兩種，其中以射吸式割炬的使用最為普遍。割炬按其用途又分為普通割炬、重型割炬以及焊、割兩用炬等。

割炬和焊炬都是氣焊工的重要工具，如果使用不當(dāng)，可能造成放焰，回火以至燃燒和爆炸事故。因此，使用過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng) ：

1. 按照焊炬、割炬的焊嘴大小，配備氧氣和乙炔的壓力和氣量。

2. 噴嘴和金屬板不能相碰。

3. 注意檢查墊圈和各環(huán)節(jié)的閥門是否漏氣。

4. 噴嘴發(fā)生堵塞，用通針捅噴嘴時(shí)，應(yīng)將噴嘴拆下，從內(nèi)向外疏通。

5. 使用前，應(yīng)將橡皮管內(nèi)的空氣排出，然后分別開啟氧氣和乙炔閥門，暢通后方能點(diǎn)火試焊。

6. 焊炬、割炬的各部分不得沾污油脂。

7. 焊炬、割炬的噴嘴熱度不能過高，如果過高需要用水冷卻。

8. 點(diǎn)火時(shí)，應(yīng)先開乙炔閥門，點(diǎn)著后再開氧氣。其目的在于放出乙炔——空氣混合氣，便于點(diǎn)火和檢查乙炔是否暢通。

9. 乙炔和氧氣閥門如有漏氣現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)修理。

10. 不得將正在燃燒的割炬或焊炬的噴嘴臥放在工件上或地面上。

11. 離開工作崗位時(shí)，禁止將點(diǎn)燃的焊炬、割炬放在操作臺(tái)上。

12. 交接班時(shí)或停止焊割時(shí)，應(yīng)關(guān)閉氧氣和回火防止器的閥門。

13. 橡皮管要專用，要有標(biāo)記以便區(qū)別，乙炔管和氧氣管不能對(duì)調(diào)使用。

14. 發(fā)現(xiàn)橡皮管凍結(jié)時(shí)，應(yīng)用溫水或熱蒸汽解凍，禁止用火烤，更不允許用氧氣去吹乙炔管道。

15. 氧氣、乙炔用的橡皮管，不要隨便亂放，管口不要貼住地面，以免填入土和雜質(zhì)，發(fā)生堵塞。

（1）選擇合適的割嘴應(yīng)根據(jù)切割工件的厚度，選擇合適的割嘴。裝配割嘴時(shí)，必須使內(nèi)嘴和外嘴保持同心，以保證切割氧射流位于預(yù)熱火焰的中心，安裝割嘴時(shí)注意擰緊割嘴螺母。

（2）檢查射吸情況射吸式割炬經(jīng)射吸情況檢查正常后，方可把乙炔皮管接上，以不漏氣并容易插上、拔下為準(zhǔn)。使用等壓式割炬時(shí)，應(yīng)保證乙炔有一定的工作壓力。

（3）火焰熄滅的處理點(diǎn)火后，當(dāng)擰預(yù)熱氧調(diào)節(jié)閥調(diào)整火焰時(shí)，若火焰立即熄滅，其原因是各氣體通道內(nèi)存有臟物或射吸管喇叭口接觸不嚴(yán)，以及割嘴外套與內(nèi)嘴配合不當(dāng)。此時(shí)，應(yīng)將射吸管螺母擰緊；無效時(shí)，應(yīng)拆下射吸管，清除各氣體通道內(nèi)的臟物及調(diào)整割嘴外套與內(nèi)套間隙，并擰緊。

（4）割嘴芯漏氣的處理預(yù)熱火焰調(diào)整正常后，割嘴頭發(fā)出有節(jié)奏的“叭、叭”聲，但火焰并不熄滅，若將切割氧開大時(shí)，火焰就立即熄滅，其原因是割嘴芯處漏氣。此時(shí)，應(yīng)拆下割嘴外套，輕輕擰緊嘴芯，如果仍然無效，可再拆下外套，并用石棉繩墊上。

（5）割嘴頭和割炬配合不嚴(yán)的處理點(diǎn)火后火焰雖正常，但打開切割氧調(diào)節(jié)閥時(shí)，火焰就立即熄滅。其原因是割嘴頭和割炬配，合面不嚴(yán)。此時(shí)應(yīng)將割嘴擰緊，無效時(shí)應(yīng)拆下割嘴，用細(xì)砂紙輕輕。研磨割嘴頭配合面，直到配合嚴(yán)密。

（6）回火的處理當(dāng)發(fā)生回火時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉切割氧調(diào)節(jié)閥，然后關(guān)閉乙炔調(diào)節(jié)閥及預(yù)熱氧調(diào)節(jié)閥。在正常工作停止時(shí)，應(yīng)先關(guān)切割氧調(diào)節(jié)閥，再關(guān)乙炔和預(yù)熱氧調(diào)節(jié)閥。

（7）保持割嘴通道清潔割嘴通道應(yīng)經(jīng)常保持清潔光滑，孔道內(nèi)的污物應(yīng)隨時(shí)用通針清除干凈。

（8）清理工件表面工件表面的厚銹、油水污物要清理掉。在水泥地面上切割時(shí)應(yīng)墊高工件，以防銹皮和熔渣在水泥地面上爆濺傷人。

等壓式割炬是指其結(jié)構(gòu)與射吸式不同，其特點(diǎn)是割嘴為整體梅花形，乙炔與預(yù)熱氧的混合，是在割嘴的空隙內(nèi)完成的，所以體積小( 0.6kg)，使用輕便。等壓式割炬主要由主體、乙炔調(diào)節(jié)閥、預(yù)熱氧調(diào)節(jié)閥、切割氧調(diào)節(jié)閥、割嘴、乙炔管和氧氣管等組成。

射吸式液體燃料割炬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為射流泵，射流泵是一個(gè)沒有運(yùn)動(dòng)部件的泵，它是利用一股流體的能量抽送另一股流體的泵。射流泵工作時(shí)，高壓氧氣以流速V1由射流泵噴嘴高速射出，連續(xù)帶走了吸入室的空氣，在吸入室內(nèi)形成低壓區(qū)，被抽升的液體燃料在大氣壓力作用下，以流速V2進(jìn)入吸入室內(nèi)，兩股流體在喉管中進(jìn)行能量的傳遞和交換，工作流體的速度降低，被吸入流體的速度增加，直到喉管出口，使兩者的流速和壓力趨于一致，然后經(jīng)擴(kuò)散管使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能后，經(jīng)由管道輸送到割炬的噴嘴，在割嘴處與切割氧混合燃燒，達(dá)到切割金屬的目的。

設(shè)計(jì)的割炬使用液體燃料，在噴嘴處產(chǎn)生高溫火焰，使割炬具有一定的溫度，并傳遞至割炬喉管處，使其有適當(dāng)?shù)臒崃繉?duì)液體燃料進(jìn)行加熱并霧化，以便獲得更好的氣化效果，提高燃燒效率。

cutting blow pipe

利用可燃?xì)怏w同氧混合燃燒所產(chǎn)生的火焰分離材料的熱切割，又稱氧氣切割或火焰切割。氣割時(shí)，火焰在起割點(diǎn)將材料預(yù)熱到燃點(diǎn)，然后噴射氧氣流，使金屬材料劇烈氧化燃燒，生成的氧化物熔渣被氣流吹除，形成切口。氣割用的氧純度應(yīng)大於99%；可燃?xì)怏w一般用乙炔氣，也可用石油氣、天然氣或煤氣。用乙炔氣的切割效率最高，質(zhì)量較好，但成本較高。氣割設(shè)備主要是割炬和氣源。割炬是產(chǎn)生氣體火焰、傳遞和調(diào)節(jié)切割熱能的工具，其結(jié)構(gòu)影響氣割速度和質(zhì)量。采用快速割嘴可提高切割速度，使切口平直，表面光潔。手工操作的氣割割炬，用氧和可燃?xì)怏w的氣瓶或發(fā)生器作為氣源。半自動(dòng)和自動(dòng)氣割機(jī)還有割炬驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、仿形切割機(jī)構(gòu)、光電跟蹤或數(shù)字控制系統(tǒng)。大批量下料用的自動(dòng)氣割機(jī)可裝有多個(gè)割炬和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。被氣割的金屬材料應(yīng)具備下列條件：①在純氧中能劇烈燃燒，其燃點(diǎn)和熔渣的熔點(diǎn)必須低于材料本身的熔點(diǎn)。熔渣具有良好的流動(dòng)性，易被氣流吹除。②導(dǎo)熱性小。在切割過程中氧化反應(yīng)能產(chǎn)生足夠的熱量，使切割部位的預(yù)熱速度超過材料的導(dǎo)熱速度，以保持切口前方的溫度始終高於燃點(diǎn)，切割才不致中斷。因此，氣割一般只用于低碳鋼、低合金鋼和鈦及鈦合金。氣割是各個(gè)工業(yè)部門常用的金屬熱切割方法，特別是手工氣割使用靈活方便，是工廠零星下料、廢品廢料解體、安裝和拆除工作中不可缺少的工藝方法。

氣源

鈦合金

可燃?xì)怏w

火焰切割

射吸式割炬是指采用的割嘴，其中心是切割氧通道，預(yù)熱火焰均勻分布在割嘴周圍。割嘴按結(jié)構(gòu)形式分為組合式（環(huán)形）和整體式（梅花形）兩種。

射吸式液體燃料割炬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為射流泵，射流泵是一個(gè)沒有運(yùn)動(dòng)部件的泵，它是利用一股流體的能量抽送另一股流體的泵。射流泵工作時(shí)，高壓氧氣以流速V1由射流泵噴嘴高速射出，連續(xù)帶走了吸入室的空氣，在吸入室內(nèi)形成低壓區(qū)，被抽升的液體燃料在大氣壓力作用下，以流速V2進(jìn)入吸入室內(nèi)，兩股流體在喉管中進(jìn)行能量的傳遞和交換，工作流體的速度降低，被吸入流體的速度增加，直到喉管出口，使兩者的流速和壓力趨于一致，然后經(jīng)擴(kuò)散管使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能后，經(jīng)由管道輸送到割炬的噴嘴，在割嘴處與切割氧混合燃燒，達(dá)到切割金屬的目的。

設(shè)計(jì)的割炬使用液體燃料，在噴嘴處產(chǎn)生高溫火焰，使割炬具有一定的溫度，并傳遞至割炬喉管處，使其有適當(dāng)?shù)臒崃繉?duì)液體燃料進(jìn)行加熱并霧化，以便獲得更好的氣化效果，提高燃燒效率。