什么是氧燃料切割？- 过程、优点和缺点

什么是氧气切割？

富氧焊接和富氧切割是使用燃料气体（或汽油或汽油等液体燃料）和氧气来焊接或切割金属的工艺。 1903 年，法国工程师 Edmond Fouche 和 Charles Picard 率先开发出氧-乙炔焊接。

使用纯氧代替空气来提高火焰温度，以使工件材料（例如钢）在室内环境中局部熔化。

普通丙烷/空气火焰的燃烧温度约为 2,250 K（1,980 °C；3,590 °F），丙烷/氧气火焰的燃烧温度约为 2,526 K（2,253 °C；4,087 °F），氢氧火焰的燃烧温度约为 3,073 K（2,800 °C；5,072 °F），乙炔/氧气火焰在约 3,773 K（3,500 °C；6,332 °F）下燃烧。

切割前，割炬必须在起始点将钢材预热至点火温度。在大约 960°C 的温度下（取决于合金的类型），钢已经失去了对氧气的保护性能，并且仍然是固体。

然后将纯氧引导通过加热区域的喷嘴。这种精细的高压氧气流通过放热反应将预热的无保护钢转化为氧化的液态钢。

这种炉渣的熔点低于钢，因此氧气流可以将液态炉渣吹出型腔，而不会影响未氧化的固态钢。这种放热反应是一个连续的过程，并在割炬移动时产生切割。为了保持放热反应正常进行，割炬在切割过程中保持钢材加热。

只有氧化物的熔点低于贱金属本身的金属才能用这种工艺切割。否则，一旦金属氧化，它就会通过形成保护壳来终止氧化。只有低碳钢和部分低合金满足上述条件，才能用富氧工艺进行有效切割。

富氧切割工艺是如何工作的？

氧燃料切割是纯氧与钢之间的化学反应，形成氧化铁。它可以被描述为快速、可控的生锈。预热火焰用于将钢材的表面或边缘升高到大约 1800°F（亮红色）。

然后将纯氧以细高压流的形式引向加热区域。随着钢被氧化吹走形成空腔，预热和氧气流以恒定的速度移动，形成连续的切割。

只有氧化物的熔点低于贱金属本身的金属才能用这种工艺切割。否则，一旦金属氧化，它就会通过形成保护壳来终止氧化。只有低碳钢和部分低合金满足上述条件，才能用富氧工艺进行有效切割。

以下是所有工作原理的基础知识：

第 1 步：预热

在开始切割钢之前，必须将其加热到其点燃温度，大约 1800°F。在这个温度下，钢很容易与氧气发生反应。热量由氧燃料火炬的预热火焰提供。在火炬内部，燃料气体与氧气混合，形成高度易燃的混合物。

喷嘴具有多个以圆形图案排列的孔，以将可燃气体混合物聚集成多个小射流。燃料-氧气混合物在喷嘴外点燃，预热火焰在喷嘴尖端外形成。

常用的燃料气体包括乙炔、丙烷、天然气和一些其他混合气体。通过调节燃料与氧气的比例，可以调节火焰以在尽可能小的火焰中产生尽可能高的温度。这将热量集中在钢板表面的一个小区域内。

第 2 步：穿孔

一旦板的表面或边缘达到点燃温度，就会打开纯氧射流以开始刺穿板。这就是所谓的“切割氧气”，射流是由喷嘴中心的一个孔形成的。

随着切割氧气流撞击预热的钢，快速氧化过程开始。这是真正的乐趣开始的时候。氧化过程被称为放热反应——它释放的热量比开始所需的热量多。

氧化钢以熔渣的形式出现，熔渣必须离开，这样氧气流才能“穿透”整个钢板。根据板的厚度，这可能需要几分之一秒到几秒钟的时间。

在此期间，切割氧气流越来越深地推入板中，熔渣被吹出穿孔。这可能会导致大量的钢水间歇泉，或者如果处理得当，钢板顶部会出现一小块熔渣。

第 3 步：切割

一旦切割氧气流一直穿过板，割炬就可以开始以恒定速度移动，形成连续切割。这一阶段形成的熔渣被吹出板底。

氧气和钢之间的化学反应放出的热量恰好在切口前预热了钢板，但在没有预热火焰的情况下不足以可靠地进行切割。因此，预热火焰在整个切割过程中一直保持，在割炬移动时为板增加热量。

这些是基础。但影响切割边缘质量的因素还有很多，包括速度、切割氧气压力、预热火焰调节、切割高度、板温等。

氧气燃料与等离子相比的特性

• 材质。 氧燃料切割用于切割低碳钢。只有氧化物的熔点低于贱金属本身的金属才能用这种工艺切割。否则，一旦金属氧化，它就会通过形成保护壳来终止氧化。只有低碳钢和一些低合金满足上述条件。
• 壁厚。 氧气燃料允许切割比等离子更厚的壁材料。等离子无法切割较厚的壁，因为要达到相似的厚度需要大量的能量。
• 切割角度。 由于氧气束的集中，氧气燃料允许切割更陡峭的角度，最高可达 70°（与等离子体的 45° 相比）。
• 直截了当。 当角度太陡时，等离子束倾向于偏转。不过，这种偏差可以通过自动化来补偿。
• 费用。 全氧燃料是比等离子切割更经济的解决方案。初始投资成本、耗材和运营成本均低于等离子切割。但是，加工速度通常低于 20 毫米壁厚范围（考虑重钢行业中的 3D 轮廓）

富氧切割的优缺点

在火焰切割应用中，燃料气体和氧气用于产生切割火焰。梅塞尔切割系统公司提供包括乙炔、MAPP、丙烷和天然气在内的气体，以及与您的要求相关的信息。

优势：

• 直截了当的质量和高精度。
• 斜切条。
• 刺穿厚度达 4 英寸（101 毫米）至 5 英寸（127 毫米）的低碳钢。
• 从 10 英寸（254 毫米）到 12 英寸（304 毫米）厚的钢边开始切割。
• 使用多个割炬，生产多个零件，减少时间和劳动力。

缺点：

• 一般情况下不能切割不锈钢。
• 与等离子切割相比，切割速度较慢。
• 薄材料切割可能会翘曲。
• 很难产生小于两倍钢材厚度的孔。