摘　要: 在金属制品的制造过程中, 正如许多工艺所要求的那样, 对钢材的氧燃料切割需要通过合理的选择来达到表现为最低成本和最高质量的最佳效果。本文主要阐述市场上主要碳氢燃气的优缺点及安全性、燃气成本、切割质量和速度等可变因素。在探讨氧燃料热切割时, 手控系统一般包括氧气瓶、减压阀、安全装置, 如装在减压阀上的逆燃消除器、软管、割炬和喷嘴。机械化作业使用相同的设备, 但割炬的型号不一样, 它可以装在移动小车内或装配架上, 如切割台或有轨燃烧器小车上。
1　切割过程
让我们密切注意一下这个系统的“端点”, 看看当这个过程成功时会发生什么情况。用点燃的混合燃气(由燃气和近乎纯氧组成) 加热一块黑色金属,这里用的是钢, 加热到其“着火”温度时, 打开气阀或开关, 让一股纯氧与加热区中央的金属接触, 这股气流就切割或者是“氧化”金属, 并将无用的材料从切口处吹走。气态氧是不燃物质, 本身不会燃烧, 但空气中燃烧的材料在加入了近乎纯氧后, 燃烧得更快, 更剧烈, 这就是在切割中用纯氧的原因，要预热钢块并使其达到着火温度, 在钢块表面施以燃气与氧气的混合气。在空气中燃烧的燃气可以产生高达约1649℃～ 2204℃的温度, 加上近乎纯净的氧气, 可以使绝大多数燃气燃烧温度超过2760℃, 这可以使预热过程更为快捷, 更为有效。温度范围虽然这样确定了, 但选择什么样的燃气仍是至关重要的。通过优选气体装置及其它设备, 应用表中所列的任一气源, 都可以获得较高的切割质量。现在国内的生产厂家外购的钢板和薄板切割质量都比较好,这是因为轧钢厂、钢材服务中心和供应商常常是用天然气和氧气的混合气来制备和切割这些产品的缘故(见表1)。
表1　不同的燃气和氧气流量
管道氧气燃烧比 燃气öm l•s- 1 预热气öm l•s- 1
乙炔1. 3∶1 110. 1 141. 6
丙烷4. 3∶1 70. 8 298. 9
甲基乙炔丙二烯2. 6∶1 62. 9 165. 2
丙烯3. 5∶1 70. 8 251. 7
天然气1. 9∶1 173. 3 330. 4
注: 切割25.4mm 厚板的一般调整值，根据板料状况和气体组合的不同, 调整值会稍有变化。
根据来自许多欧美国家的割炬和喷嘴商的资料, 他们应用不同的喷嘴切割一块25.4 mm 厚的钢板来比较切割速度, 发现采用天然气的切割喷嘴与采用其它燃气的切割喷嘴的切割速度几乎一样。因此可以认为, 切割质量和速度几乎一致。而需引起我们关注的是一些可变因素如设备情况、预热时间、气体用量和成本、搬运问题和总体安全性等。
2　设备选择
现在我们将采用乙炔的设备与采用其它燃气的设备作比较, 减压阀和安全装置常常一样, 并且能与乙炔及其它燃气兼容； 如果你不能肯定设备的兼容性和适应性, 可以向产品供应商和生产厂家咨询。有些设备既不能在不同燃气间互换使用, 也不能用于像丙烷和丙烯这样的燃气(丙烯根据其来源和型态, 常被称之为液化石油气)。有些设备中的内置件在化学上还不能与所有燃气兼容。R 级或RM级软管只适用于乙炔, 不能用于液化石油气。“T ”级软管与所有燃气兼容。许多手持式和机装式割炬现在可以很安全地适用于所有燃气。为应付不同的燃气, 常常只需更换一下切割喷嘴。有些割炬还要求更换内置混合装置, 这需要由气体装备服务中心有能力或接受过培训的技术人员来完成。
3　燃气能量
由于不同燃气化学性能的差异, 有的燃气预热更快、更有效一些, 而有的则差些。这种可变因素根据你完成的预热或引燃次数的多少, 你可以为此省下一笔钱或是多花一些钱。为此要缩短预热时间需要使用催化剂达到这一目的，目前国际使用较多的COB助剂能够很好的解决预热时间的问题，并且能够利用引燃温度进行一系列的焊接工艺，实现姣好的焊接效果。由于在氧混合气中燃气燃烧的性质, 每种燃气在其预热燃烧时产生不同的能量，就在此处将工件加热至着火温度并进行切割。乙炔在此产生的热能比其它燃气多, 因此, 支持使用乙炔的人们在提倡乙炔作为所选之“气”时, 总是注重这一变量因素。其它所有燃气预热也不错, 但预热时间稍长些。在切割生锈的、带有氧化皮或严重污染的金属板和薄板时, 在预热焰心中乙炔释放出大量热能这一特性是其一大优点。当用于被污染表面的预热时,乙炔公认是起割容易的燃气。而改进后的燃气得到了很好的催化效能，火焰温度超过了氧炔焰，得到了较快的起火速度，逐渐被人们认可，并得到了很好的发展。
4　燃气成本
选择最佳燃气的另外一个因素是在预热混合气中混入的氧气量, 乙炔由于其特性, 只需最少量的氧气就能较好预热, 天然气紧居其次。鉴于割炬在工作中, 预热混合气的用量是一个常量, 氧气量的多少则是成本计算的一个因素。乙炔是最贵的燃气, 这就影响到经济效益。丙烯、丙烷和MAPP等通常则便宜得多，天然气通过管道运输到车间现场, 则是最便宜的气体。天然气通过管道输送，并且加装了COB催化天然气合成系统极大的降低了企业的使用成本。乙炔气体用于氧燃料切割的安全性比其它燃气更差, 它对振动比较敏感, 因此在运输时, 比起液化石油气和天然气来要更加小心些。乙炔在压力大于10314 kPa 时不能安全地抽取和使用, 否则燃气将变得不稳定, 且很易起爆。丙烯、丙烷和天然气在气瓶和管道压力状态下都可以非常安全地使用。一些工厂在生产现场只有标准型的“低压”天然气管道, 则需要与管道设备公司接洽, 变更现场的输送压力。
5　安全第一
乙炔及其它燃气在运输、贮存和从气瓶中抽取时, 若抽取的量较大, 必须服从有关的安全规定。乙炔每小时从气瓶中的连续抽取量不能超过整个容量的七分之一。超量抽取乙炔会出现几种潜在的危险, 其中包括燃烧燃气的设备不足会导致危险的逆燃和回火。乙炔因其特性所致而在较高的贮存压力下不稳定,在气瓶中它必须溶解保存在一种可燃液体中, 这种液体称为丙酮。超量抽取乙炔也会吸入这种液体, 而它会危害精巧的减压阀、软管及割炬材料。因此一旦出现上述事故, 必须对这些部件进行检查、维修或更换。其它燃气以瓶装形式贮存和使用时, 对抽取速度也有限制, 但是当需要大量气体时, 如使用多割炬操作, 那么, 这些规定便没有那样严格, 可以较为安全地使用。任何时候, 当你对燃气的适当用量和安全性有疑虑时, 请向设备或燃气供应商咨询。搬运、贮存和更换气瓶会增加成本, 导致利润减少, 这是许多供应商和制造商改用天然气的另一个原因。因为天然气管道早已通到绝大多数车间用作加热和其它用途。使用和选择燃气进行热切割应考虑的主要可变因素有:
切割质量；切割速度；预热速度；更换和调整设备的费用；气体用量和成本；搬运、贮存和租借气瓶的成本；安全问题和事故隐患；操作人员的培训和对变化的适应性。生产商应分析这些可变因素, 并且应有一些有经验、有技术的专家或厂方代表演示这些燃气的使用过程。检查所有的可变因素会给你的氧燃料热切割作业带来较好的收益。
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