焊接生产中的切割方法详解：机械切割、火焰切割、电弧切割与激光切割

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式，并且是保证焊接质量的重要工序。在常用的切割方法当中，有机械切割、火焰切割、电弧切割以及激光切割等。

（一）机械切割

机械切割方法是借助机械的手段把工件进行切断。常用的切割机械包含剪板机，它能对板材进行切割；还有弓锯床，可用于锯切各种材料；钢筋切断机专门用于切断钢筋；砂轮切割机通过砂轮的磨削来切割；电动割管套丝机则可对管材进行切割并套丝。

剪板机借助运动的上刀片与固定的下刀片，凭借合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，能让板材按所需尺寸断裂分离。剪板机是锻压机械的一类，主要用来对金属板材进行切断加工。

弓锯床的刀具是锯条，它通过装有锯条的弓锯进行往复运动，并且以锯架绕一支点摆动的方式来进给。这种机床可以锯切金属圆料、方料、管料和型材。该机床的结构较为简单，体积也比较小，然而其效率相对较低。

钢筋切断机是用于剪切钢筋的工具。它分为全自动钢筋切断机和半自动钢筋切断机。主要在房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋进行定长切断。与其他切断设备相比，钢筋切断机具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点。

不过它的生产效率低，加工精度也低，安全稳定性较差。

电动割管套丝机设有正反转装置，此装置用于加工管道外螺纹。它主要对 DN50 以下的钢管进行管螺纹加工。它让管道安装时的管螺纹加工变得轻松，也让加工过程变得快捷，还降低了管道安装工人的劳动强度。

（二）火焰切割

火焰切割的实现方式是利用可燃气体在氧气中剧烈燃烧，以及被切割金属燃烧所产生的热量，从而实现连续切割。它的工作原理是：先让氧气与可燃气体混合并燃烧，形成高温火焰；接着用这高温火焰把被割金属的表面加热到燃点；然后喷出高速的切割氧流；使金属剧烈地氧化燃烧并放出大量热量；高压的切割氧流同时把氧化燃烧形成的熔渣从割口间隙中吹除；从而形成割口；随着割炬不断向前移动，工件就形成了切口。

火焰切割依据所使用的燃气种类来划分，其中有氧-乙炔火焰切割（通常被叫做气割），还有氧-丙烷火焰切割、氧天然气火焰切割以及氧氢火焰切割。在实际的生产过程当中，应用范围最为广泛的是氧一乙炔火焰切割以及氧一丙烷火焰切割。

1.气割金属需满足的条件

火焰切割过程包含预热、燃烧、吹渣这三个阶段。然而，并非所有金属都能符合该过程的要求，能够被气割的金属需满足下列条件：

(1)金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点。

金属燃烧后生成的氧化物，其熔点要比金属的熔点低，同时流动性还要好。

金属在切割氧流中进行燃烧，这种燃烧应该是放热反应。同时，金属自身的导热性要比较低。

符合上述气割条件的金属包含纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢和钛这些金属能满足气割条件。其他常用的金属材料像铸铁、不锈钢、铜和铝，它们不具备气割所需的三个条件，因此不能采用气割这种方式。而这些材料通常使用的切割方法为等离子弧切割。

2.氧-乙炔火焰切割

氧-乙炔火焰的最高温度能达到 3300℃，它对金属表面的加热速度比较快。使用不同规格的割炬和割嘴，就能够切割不同厚度的低碳钢、中碳钢和低合金钢。氧-乙炔火焰切割属于一种传统的切割方法，其应用十分广泛，一般切割厚度的范围在 3 毫米到 150 毫米之间。如果钢材含有铬、镍、钼等抗氧化的合金元素，且这些元素含量过高，比如不锈钢、工具钢等，那么就必须使用氧熔剂切割或等离子弧切割。

氧-乙炔火焰切割存在安全性差的问题，对环境污染较为严重，并且乙炔气制取成本较高，正因这些原因，它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：

丙烷的点火温度是 580℃，乙炔气的点火温度是 305℃，丙烷的点火温度比乙炔气的点火温度高很多。丙烷在氧气或空气中的爆炸范围比乙炔窄很多。所以，氧一丙烷切割的安全性比氧-乙炔火焰切割的安全性高很多。

丙烷气是在石油炼制过程中产生的副产品。它制取起来比较容易，成本也较为低廉。同时，它还易于被液化和灌装。并且，它对环境污染的程度比较小。

氧-丙烷火焰的温度比较适中。如果选用合理的切割参数进行切割，那么切割面上缘不会有明显的烧塌情况。并且下缘也不会挂渣。这样切割出来的切割面的粗糙度要比氧乙炔火焰切割更好。

氧-丙烷火焰切割有缺点，其火焰温度比较低。切割预热时间会略长一些。氧-丙烷火焰切割的氧-气消耗量也高于氧-乙炔火焰切割。不过，总的切割成本远远低于氧一乙炔火焰切割。

4.氧-氢火焰切割

氧-氢火焰切割是将电解水装置所产生的氢-氧混合气当作燃料的一种火焰切割方式。氢氧焰的温度能够达到 300℃，其火焰较为集中，割口的表面光洁度较高，不会出现烧塌和圆角的情况，也不会结渣。氧氢火焰切割具备以下这些优点：

成本比较低。用氧一氢火焰来切割钢材，燃气的费用只是乙炔的 20%，是丙烷的 30%到 40%。并且不需要搬运和更换气瓶，这样就减轻了劳动的强度，还提高了工时的利用率。

氢氧发生装置产生的气体压力较低，所以管理要求也低。并且该装置设有多级安全保护，这样能确保操作的安全性。因为气体是即产即用，不进行储存，所以其安全性比钢瓶燃气更高。

环保方面，生产过程不会产生污染。氢气与氧气燃烧后，其产物是水，这种水无毒、无味且无烟。这为操作工人提供了一个清爽的工作环境。

5.氧熔剂切割

氧熔剂切割是一种在切割氧流中加入纯铁粉或其他熔剂的方法。它利用这些物质的燃烧热和废渣作用来实现气割。这种切割方法的特点是烟尘少，切断面没有杂质，并且可以用来切割不锈钢等材料。

（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

直至等离子气流束穿透背面从而形成割口。

等离子弧弧区内的气体处于完全电离状态。其能量高度集中，能量密度很大，能够达到 105 - 106wWam 。电弧温度极高，可高达 15000200 ，远远超过了所有金属以及非金属的熔点。因此等离子弧切割过程并非依靠氧化反应，而是通过熔化来对材料进行切割。它比氧燃气切割的适用范围要大很多，能够切割绝大部分的金属材料，如不锈钢、高合金钢、铸铁等，也能够切割非金属材料，像铝、铜、钨、钼以及陶瓷、水泥、耐火材料等。

并且切割面光洁，热变形小，几乎没有热影响区。

2.碳弧气割

碳弧气割借助碳极电弧的高温，将金属局部加热至熔化状态，与此同时，用压缩空气气流把熔化的金属吹除，以此实现对金属的切割，这是一种加工方法。利用这种方法还能够在金属上加工出沟槽。电弧切割的适用范围以及特点如下：

清除焊缝缺陷和清理焊根时，能够在电弧下清晰地看到缺陷的形状以及深度，并且生产效率较高。

（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。

可以加工多种金属，这些金属不能用气割加工，比如铸铁、高合金钢、铜以及铝及其合金等。然而，对于有耐腐蚀要求的不锈钢，一般不会采用这种方法进行切割。

（5）设备、工具简单，操作使用安全。

碳弧气割可能产生的缺陷包含夹碳、粘渣、铜斑，以及割槽尺寸和形状不规则等情况。激光切割是通过聚焦高功率密度的激光束来熔化或气化被割材料，并且在这一过程中借助与光束同步的某种作用。

（四）激光切割

激光切割利用聚焦后的高功率密度激光束来熔化或气化被切割的材料。同时，借助与光束同轴的高速气流，将熔融物质吹除。并且，通过使激光束移动，从而实现无接触的切割方法。

由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材。而且随着工件厚度的增加，切割速度会明显下降。此外，激光切割设备费用高，一次性投资大。