氧气切割碳钢时,底部(切割面下缘)挂渣,这是一种非常常见的现象,专业上称为“挂渣”或“熔渣粘连”。这坨渣的主要成分是切割过程中产生的氧化铁、硅酸盐等高熔点氧化物和杂质。产生挂渣的根本原因是:切割下缘的温度和气流不足以将熔化的氧化物完全吹走,使其冷却并附着在切口底部。
具体原因可以从以下几个方面分析:
一、切割参数设置不当(最常见的原因)
1. 切割氧气压力不合适:
· 压力过低:气流吹力不足,无法将切口底部的熔渣彻底吹除,导致熔渣下垂并凝固成“瘤状”挂渣。
· 压力过高:虽然气流大,但会造成切口过宽、粗糙,同时气流的冷却作用可能使切口下部提前冷却,反而将部分熔渣“锁”在边缘。
2. 切割速度不匹配:
· 速度过快:氧气流滞后,不能充分氧化和吹除底部金属,未完全反应的熔融金属和氧化物被拖拽、堆积在底部。
· 速度过慢:切口过度燃烧,热量输入过大,产生大量熔渣,超过氧气流的吹除能力,并在重力作用下大量堆积。
3. 预热火焰能率不当:
· 火焰过强(乙炔/燃气过多):使切口上边缘熔化塌边,产生更多熔渣,并可能使下缘温度过高,熔渣流动性过好,不易被吹断。
· 火焰过弱:无法提供足够热量维持切割反应在板厚方向持续进行,导致下部金属氧化不充分,形成粘稠的熔渣难以吹走。
二、切割设备及气体问题
1. 割嘴问题:
· 型号不符:割嘴号太小,氧气流量不足;割嘴号太大,气流紊乱。
· 堵塞或损坏:割嘴内部通道(尤其是氧气孔)有毛刺、磨损或被飞溅物部分堵塞,导致氧气流变形(不是纯圆柱形)、分叉,吹渣力减弱。
· 与工件距离不当:太高则预热效率低,气流扩散;太低则容易堵塞割嘴并造成回火。
2. 气体纯度与压力:
· 氧气纯度低:工业氧(一般99.5%)中若含有氮气等杂质,会降低氧化反应效率,产生更多粘稠熔渣。
· 气体压力不稳定:供气压力波动导致切割过程不稳定。
三、被切割材料问题
1. 材料成分:碳钢中碳、硅、锰、磷、硫等元素含量较高时:
· 碳含量高:燃烧点提高,流动性变差,熔渣粘稠。
· 硅、锰含量高:会形成高熔点的硅酸盐、锰酸盐氧化物,粘性大,更难被吹走。
2. 表面状态:钢板表面有厚重的锈蚀、油漆、氧化皮或潮湿,会吸收热量,干扰预热,并引入更多杂质进入熔池,增加熔渣量和粘性。
3. 材料温度:在寒冷环境下切割,钢板初始温度低,热量散失快,切口下部容易冷却凝固。
四、操作技术问题
1. 割炬角度:切割时未能保持割嘴与工件表面垂直(直线切割时),或在后拖量控制不当(曲线切割时),影响熔渣的排出路径。
2. 操作不稳:手持切割时速度不均匀、抖动,导致切割过程断续。
解决方法与建议
1. 优化切割参数:
· 根据钢板厚度选择正确的割嘴号,并参照切割参数表设置氧气压力和预热火焰。
· 调整切割速度:使切割火花从切口下部垂直向下喷出(或稍向后偏),此时速度最为合适。
2. 检查并维护设备:
· 清洁或更换割嘴,确保气流畅通、形状规整。
· 检查气体管路、减压阀,确保压力稳定,氧气纯度达标。
· 保持合适的割嘴高度(通常为钢板厚度的1/10左右,并参考设备说明)。
3. 预处理工件:
· 尽可能清理切割线附近的铁锈、油漆和污物。
· 在寒冷环境下,可考虑局部预热钢材。
4. 提高操作技能:
· 保持平稳、匀速的切割移动。
· 对于厚板或难切材料,可采用略微的前倾角(割嘴头部向移动方向倾斜),帮助吹除熔渣,但要注意这可能使切口产生一定斜度。
总结
底部挂渣通常不是一个单一原因造成的。可以按照 “参数 -> 设备 -> 材料 -> 操作” 的顺序进行系统性排查。最优先检查的通常是切割氧压力、切割速度和割嘴状态。通过精细调整,完全可以将挂渣控制在很少或易于清除的程度。如果挂渣已经产生,通常用敲渣锤、角磨机等工具可以较容易地清除。