机械化切割
1概述
氧燃气火焰切割是目前应用最为广泛的热切割工艺方法，其切割厚度可以从0.5毫米到毫米，而且设备成本低，可手工也可机械化操作。针对燃气特性进行喷嘴的设计，可以显著提高切割质量和切割速度等方面的性能。
2工艺原理
切割原理如图1所示，即氧气和燃气混合点燃所产生的火焰被用来将金属预热到它的“燃点”温度，对于钢来说，这个温度是°C到°C（亮红色的加热颜色），但远低于钢材的熔点。然后，纯氧气喷射进入预热区域，使氧气和金属之间发生剧烈燃烧的放热化学反应，形成氧化铁或熔渣。氧气射流同时吹走熔渣，使氧气流穿透材料并继续穿透下面的材料。
图1氧乙炔切割工艺示意图
实现氧燃气切割必须满足四个基本条件：——材料的燃点必须低于其熔点，否则材料会在切割前熔化并流淌。
——氧化物的熔点必须低于母材的熔点，这样才能用氧气流将其吹走。
——氧气流和金属之间的氧化反应必须提供足够温度，使材料继续燃烧。
——应产生最少的气体反应产物，以免降低切割氧气的纯度。
由于不锈钢、铸铁和有色金属形成难熔的氧化物，即氧化物的熔点高于材料，所以必须将粉末注入火焰中形成低熔点的液态熔渣。
氧气的纯度切割速度和切割边缘质量主要由氧气流的纯度决定。因此，喷嘴设计中，保护氧气流不受周围空气影响是至关重要的。
燃气选择燃烧发生在两个不同的区域。在内焰或一次反应中，燃气与氧结合形成一氧化碳和氢气，对于乙炔，反应为：
2C2H2+2O2→4CO+2H2
火焰的二次反应或外部区域也会继续燃烧，空气中会提供氧气：
4CO+2H2+3O2→4CO2+2H2O
因此，燃料气的特征是：
火焰温度—火焰的最热部分位于內焰区。
燃气氧气比—燃烧所需的燃气量，将根据火焰是中性的、氧化性的还是还原性的而变化。
燃烧热—火焰外部区域（外焰）的燃烧热更大。
最常用的五种燃料气体是乙炔、丙烷、MAPP（甲基乙炔丙二烯）、丙烯和天然气。表中给出了气体的性质。燃气在穿孔时间、切割速度和切割边缘质量方面的相对性能由火焰温度和内外火焰的热分布决定。
—乙炔
乙炔产生在所有燃气体中具有最高的火焰温度。乙炔（在氧气中）的最高火焰温度约为°C，而丙烷火焰的最高火焰温度为°C。火焰越热，材料的穿透速度越快，穿透时间通常为丙烷穿透时间的三分之一。
较高的火焰速度（7.4米/秒，丙烷为3.3米/秒）和较高的内焰热值（千焦/立方米，丙烷为千焦/立方米），会在金属表面产生更强烈的火焰，减少了热影响区（HAZ）的宽度和变形程度。
—丙烷
丙烷产生的火焰温度低于乙炔（氧气中火焰的最高温度为°C，而乙炔为°C）。它的总燃烧热量大于乙炔，但热量主要在外焰中（见表）。乙炔和丙烷火焰的特征外观如图2和图3所示，其中丙烷火焰似乎不太集中。因此，穿孔速度要慢得多，但由于氧气喷射会影响燃烧和熔渣的形成，切割速度与乙炔差不多。
与乙炔相比，丙烷需要更多的氧气量；对于氧气中的最高火焰温度，使用乙炔时的氧与燃气的体积比为1.2:1，使用丙烷时的氧与燃气的体积比为4.3:1。
图2-1氧乙炔火焰切割喷嘴
图2-2氧丙烷火焰切割喷嘴
—MAPP
MAPP气体是各种碳氢化合物的混合气体，主要是甲基乙炔和丙二烯。它产生相对较高温度的火焰（°C），内焰释放的热量较高（千焦/立方米），低于乙炔（千焦/立方米），但远高于丙烷（千焦/立方米）。外焰也会释放出很高的热量，类似于丙烷和天然气。与乙炔相比，火焰温度更低、热源分布更广、气流更大，穿孔时间大大缩短。
由于MAPP气体可以在比乙炔更高的压力下使用，其不太可能分解成具有爆炸性的碳和氢的组分，因此它可以在深水中用于水下切割。
—丙烯
丙烯是液化石油气（LPG）产品，其火焰温度与MAPP相似（°C，MAPP为°C）；它比丙烷更热，但不如乙炔热。它在外焰（千焦/立方米）中释放出很高的热量，但与丙烷一样，它的缺点是需要的氧气量大（氧气与燃气的体积比约为3.7:1）。
—天然气
天然气具有与丙烷相似的较低火焰温度，在常用燃气中总热值最低，例如，在内焰区域，为千焦/立方米，而乙炔为千焦/立方米。因此，天然气的穿透速度最慢。