第二章　气焊和气割安全

第一节　气焊和气割的安全分析

在工业生产中，利用可燃气体与助燃气体混合燃烧所释放出的热量作为热源进行金属材料的焊接或切割，是金属材料热加工常用的工艺方法之一。在科学技术突飞猛进的今天，气焊和气割技术在现代工业生产中仍占有极其重要的地位，用途很广。

一、气焊的基本原理

气焊是利用可燃气体和氧气在焊枪中混合后，由焊嘴中喷出点火燃烧，产生热量来熔化被焊件接头处与焊丝形成牢固的接头，主要用于薄钢板、有色金属、金属铁件、刀具的焊接以及硬质合金等材料的堆焊和磨损件的补焊。气焊见图2-1。

1.气焊应用的设备和器具

气焊所用的设备包括氧气瓶、乙炔发生器、乙炔瓶、回火防止器、焊炬、减压器以及橡皮管等。图2-2给出了气焊设备组成的简图，用以说明气焊所用的设备和器具。

2.气焊用材料

（1）焊丝（填充材料） 气焊时，焊丝的化学成分直接影响到焊缝金属的性能。焊丝不断地送入熔池内，与熔化的母材熔合后形成焊缝，所以焊缝金属的化学成分和质量在相当大的程度上取决于焊丝的化学成分和质量。一般对焊丝的要求有：

①焊丝的化学成分应基本与焊件母材的化学成分相匹配，并保证焊缝有足够的力学性能和其他性能。

②焊丝的熔点应等于或略低于被焊金属的熔点。

③焊丝应能保证必要的焊接质量，如不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

④焊丝表面应无油脂、锈蚀和油漆等污物。

（2）焊丝的选用和保存　在选用焊丝时，应着重考虑以下问题：

①考虑保证焊件的力学性能。一般应根据焊件的合金成分来选用焊丝。如遇到焊件的某些合金元素在焊接过程中易被烧损或蒸发的情况时，应当选用该合金元素含量高一些的焊丝，补充烧损或蒸发的一部分损失，以达到焊件原来的力学性能。因此在选用焊丝时，首先要考虑到焊件的受力情况。例如，需要强度高的焊接接头，应当选用比母材强度高或相同的焊丝；焊接受到冲击力的焊件时，应当选用韧性好的焊丝；要求焊件耐磨，应当选用耐磨材料的焊丝。总之，焊丝的选用首先要符合焊件的力学性能要求。

②考虑焊接性。除了保证焊件的力学性能外还应考虑到焊缝金属和母材的熔合及其组织的均匀性。这与焊丝的熔点和母材的熔点之差有关。一般要求焊丝的熔点等于或略低于母材的熔点。否则在焊接过程中就容易形成烧穿、咬边或在焊缝金属中形成夹渣。

焊丝填入焊缝后，焊缝金属和熔合线处的晶粒组织要求细密，没有夹渣、气孔、表面裂纹和塌陷等缺陷，才能符合焊接质量要求。例如属于钢类的焊丝，在焊接过程中，应使熔池金属没有沸腾喷溅等情况，熔池略微呈现油亮的黏稠状态，凝固后的焊缝表面应没有裂纹、塌陷、粗糙等现象，这样的焊丝即为较好的焊丝。如果发现熔池出现飞溅时，可能是由于焊丝中碳含量过高，焊丝表面有铁锈及油污，或是过烧引起的。这时可用气焊火焰把焊丝一端熔化后观察一下，如果略微呈现油亮而黏稠状态，冷却后表面光亮，说明不是焊丝的问题，而是过烧或母材中的氧化物造成的。

③考虑焊件的特殊要求。焊接对介质和温度等有特殊要求的焊件，应当选用能满足使用要求的焊丝。例如，焊接不锈钢焊件时，应选用能使焊缝金属具有耐腐蚀性能的焊丝。耐高温的焊件，焊缝金属也必须是耐高温的。要求导电的焊件，焊缝金属就必须导电性能良好。当焊接在腐蚀介质中工作的不锈钢容器或零件时，应当选用铬（Cr）、镍（Ni）含量比母材成分高，而碳含量要低一些的不锈钢焊丝。当焊接耐高温的含铬（Cr）、钼（Mo）的合金钢管或容器时，应当选用含钼或铬量比焊件成分高一些的焊丝。

（3）气焊熔剂（气焊粉）　气焊过程中被加热的金属极易生成氧化物，使焊缝产生气孔及夹渣等缺陷。为了防止氧化及消除已形成的氧化物，在焊接有色金属、铸件以及不锈钢等材料时，通常需要加气焊熔剂。在气焊过程中，将熔剂直接加到熔池内，使其与高熔点的金属氧化物形成熔渣浮在上面，将熔池与空气隔绝，防止熔池金属在高温时被继续氧化。因此，气焊熔剂的作用主要有：

①保护熔池。

②减少有害气体侵入。

③去除熔池中形成的氧化物杂质。

④增加熔池金属的流动性。

气焊时，熔剂的选择要根据焊件的成分、性质而定，其要求如下：

①熔剂应具有很强的化学反应能力，即能迅速溶解一些氧化物，或与一些高熔点化合物作用后，生成新的低熔点和易挥发的化合物。

②熔剂熔化后黏度要小，流动性要好，产生的熔渣熔点要低，密度要小，熔化后易于浮在熔池表面。

③熔剂不应对焊件有腐蚀作用，生成的熔渣要容易清除等。气焊熔剂按所起的作用可分为化学作用气焊熔剂和物理溶解气焊熔剂两大类，常用气焊熔剂的基本性能见表2-1。

3.气焊常用的气体及氧-乙炔火焰特性

气焊应用的气体包括助燃气体和可燃气体，助燃气体是氧气，可燃气体是乙炔、液化石油气和氢气等，一般以乙炔作可燃气。

乙炔与氧气混合燃烧的火焰称为氧-乙炔焰，按氧气与乙炔的混合比不同可分为中性焰、碳化焰和氧化焰三种。纯乙炔焰和氧-乙炔焰构造和形状见图2-3。

（1）中性焰　氧气与乙炔的混合比为1～1.2时，得到的火焰称为中性焰。中性焰燃烧后无过剩的氧和乙炔。焊接时主要应用中性焰。中性焰有时称为轻微碳化焰，火焰由焰心、内焰和外焰三部分组成，其中内焰微微可见。

在中性焰的焰心与内焰之间，燃烧生成的一氧化碳（CO）、氢气（H₂）与焰化金属相作用，使氧化物还原。内焰温度达3050～3150℃，所以用中性焰焊接时，都应用内焰来熔化金属。一般中性焰适用于焊接碳钢和有色金属材料。

（2）碳化焰　碳化焰在火焰的内焰区域中尚有部分乙炔燃烧，氧气与乙炔的比值小于1（0.85～0.95）。碳化焰也可分为焰心、内焰、外焰，火焰比中性焰长而柔软，而且随着乙炔的供给量增多，碳化焰也就变得越长、越柔软，其挺直度就越差，其内焰的最高温度为2700～3000℃。由于过剩的乙炔焰分解为碳（C）和氢（H₂），游离状态的碳会渗到熔池中去，使焊缝金属的含碳量增高，所以用碳化焰焊接低碳钢，会使焊缝强度提高，但塑性降低。另外，过多的氢进入熔池，使焊缝产生气孔及裂纹，因此，碳化焰不适用于低碳钢、合金钢的焊接，而适用于碳钢、铸铁及硬质合金等材料的焊接。

（3）氧化焰　氧化焰在燃烧过程中氧气的浓度较大，氧气和乙炔的比值大于1.2（1.3～1.7），氧化反应剧烈，整个火焰缩短，而且内焰与外焰层次不清，在尖形焰心外面形成了一个有氧化性的富氧区，最高温度可达3100～3300℃。

氧化焰具有氧化性，如果用来焊接一般的钢件，则焊缝中的气孔和氧化物是较多的，同时熔池产生严重的沸腾现象，使焊缝的强度、塑性和韧性变坏，严重地降低了焊缝质量。除了锰钢、黄铜外，一般钢件的焊接不能用氧化焰，因此，这种火焰很少被应用。

4.气焊时的主要工艺参数

气焊的工艺参数主要有接头形式和坡口形式、火焰种类、火焰能率、焊接方向、焊嘴倾角和焊丝直径等。

（1）接头形式和坡口形式　气焊常用的接头形式主要为对接、角接和卷边接头。由于气焊只适用于焊接较薄的工件，因此，其坡口形式多为Ⅰ形和Ⅴ形。

（2）火焰种类　气焊时，应根据不同的钢种，采用不同种类的火焰。按氧气与乙炔的混合比例不同，气焊火焰可分为碳化焰、中性焰和氧化焰三种。

（3）火焰能率　气焊的火焰能率主要取决于焊炬型号及焊嘴号的大小。生产中应根据焊件的厚度来选择焊炬型号及焊嘴号，当两者选定后，还可根据接头形式、焊接位置等具体工艺条件，在一定的范围内调节火焰的大小，即火焰能率。

焊件的导热性越强，气焊时所需的火焰能率就越大。如在相同的工艺条件下，气焊铝和紫铜的火焰能率比低碳钢大。

（4）焊接方向　气焊时，通常所指的焊接方向主要有两种：一种是自左向右施焊，称右焊法；另一种是自右向左施焊，称左焊法。在通常情况下，左焊法适用于焊接较薄的工件；右焊法适用于焊接较厚的工件。

（5）焊嘴倾角　气焊时，一般要将焊嘴向焊件表面倾斜一定的角度。因此，通常将焊嘴与焊件平面间小于90°的角称为焊嘴倾角。焊嘴倾角大，火焰的热量损失少，温度高，工件加热快。焊嘴倾角的大小应根据焊件厚度、火焰大小、焊件的材质及工艺要求等确定。

（6）焊丝直径　焊丝直径主要根据焊件的厚度来选择。焊件较厚时，焊丝直径要相对大一些。当焊件厚度为1～2mm时，焊丝直径为1～2mm；当焊件厚度为3～5mm时，焊丝直径以2～3mm为宜。

二、气割的基本原理

气割的定义：利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使金属剧烈氧化并放出热量，利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉，而实现切割的方法。

气割的实质：金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完成的，气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。

气割的要求：气割时应用的设备器具除割炬外均与气焊相同。气割过程是预热—燃烧—吹渣过程，但并不是所有的金属都能气割，只有需要切割的金属材料具备以下条件才能实现热切割。

①能同氧发生剧烈的氧化反应，并放出足够的热量，以保证把切口前缘的金属层迅速地加热到燃烧点。

②金属的热导率不能太高，即导热性应较差，否则气割过程的热量将迅速散失，使切割不能开始或中断。

③金属的燃烧点应低于熔点，否则金属的切割将成为熔割过程。

④金属的熔点应高于燃烧生成氧化物的熔点，否则高熔点的氧化膜会使金属和气割氧隔开，造成燃烧过程中断。

⑤生成的氧化物应该易于流动，否则切割时生成的氧化物熔渣本身不被氧气流吹走，而阻碍切割进行。

普通碳钢和低合金钢符合上述条件，气割性能较好。高碳钢及含有易淬硬元素（如铬、钼、钨、锰等）的中合金钢和高合金钢，可气割性较差。不锈钢含有较多的铬和镍，易形成高熔点的氧化膜（如Cr₂O₃），铸铁的熔点低，铜和铝的导热性好（铝的氧化物熔点高），它们属于难以气割或不能气割的金属材料。

三、气焊和气割的安全分析

1.可引起爆炸事故

在气焊火焰的作用下，尤其是气割时切割氧射流的喷射，使火星、熔珠和熔渣四处飞溅，容易造成烧伤和烫伤事故。而且较大的熔珠、火星和熔渣能飞溅到距操作点5m以外的地方，还会引燃易燃易爆物品，而发生火灾和爆炸事故。

气焊与气割属明火作业，具有高温、高压、易燃易爆的特点，且经常与可燃、易燃物质以及压力容器打交道，存在着较大的火灾爆炸危险性。

气焊与气割所使用的乙炔、氢气、煤气、天然气、液化石油气等都是易燃易爆气体。氧气具有强烈的助燃性，化学性质极为活泼，稍不注意，容易发生燃烧和引起爆炸。

气焊与气割所使用的设备、器具，如乙炔发生器、乙炔瓶、液化石油气罐、氧气钢瓶均属受压或高压容器，本身就属于较大的危险因素。

气焊与气割的火焰温度高，作业过程中熔融的金属火星到处飞溅，若溅到周围可燃物上，能引起阴燃造成火灾，尤其在进行气割时，温度更高，熔融的金属氧化物更多，飞溅的距离范围更大，造成火灾的危险性也就更为突出。

气焊的使用面较广，薄型的金属容器如汽油桶、油箱以及各种各样的金属容器，在维修时都离不开气焊，钢筋连接时也用到气焊，往往这些容器内残留汽油和易燃气体，当接触到焊、割火焰时会引起爆炸。

2.可引起火灾事故

在焊、割建筑工地，还会遇到许多可燃、易爆物质以及各种压力容器和管道。

气焊、气割使用的设备和能源虽然都有一定的火灾危险性，但火灾爆炸事故的发生，主要不在于这些设备和能源本身，而绝大多数是在气焊、气割作业中思想麻痹，操作不当，制度不严，安全措施落实不力而引起的。

工厂企业（尤其是化工、石油、冶金等）的设备与管道安装和检修焊补，经常需要进行高处气焊与气割作业，这就存在着登高焊、割作业的高处坠落，以及溅落的火星引燃地面的可燃易爆物品等不安全因素。

3.可引起中毒事故

有色金属铅、铜、镁及其合金气焊时，在火焰高温作用下会蒸发成金属烟尘，如黄铜的焊接过程中放散大量锌蒸气；铅的焊接过程中放散铅和氧化铅蒸气等有毒的金属蒸气。此外，焊粉和钎剂还会散发出氯盐和氟盐的燃烧产物。在检修补焊操作中，还会遇到来自容器和管道里的其他生产性毒物与有害气体，尤其是在锅炉、舱室、密闭器与管道、地沟、门窗关闭室内或作业空间狭小的地方，更可能造成焊工的急性中毒事故。

四、气焊和气割安全操作规程

1.一般安全工作要求

（1）未受过专门训练的人员不准进行焊接工作。焊接锅炉承压部件、管道及承压容器等设备的焊工，必须按照锅炉监察规程（焊工考试部分）的要求，经过基本考试和补充考试合格，并持有合格证，方可允许工作。

（2）焊工工作服，上衣不许扎在裤子里。口袋应有遮盖，裤腿应长得罩住鞋面，裤腿不应有卷边，以免焊接时被烧伤。

（3）禁止使用有缺陷的焊接工具和设备。

（4）禁止在带有压力（液体压力或气体压力）的设备上或带电的设备上进行焊接。对承重构件进行焊接，必须经过有关技术部门的许可。

（5）禁止在装有易燃物品的容器上或在油漆未干的结构或其他物体上进行焊接。

（6）禁止在储有易燃物品的房间内进行焊接。在易燃材料附近进行焊接时，其最小距离不得小于5m。

（7）对于存有残余油脂或可燃液体的容器，应先用水蒸气吹洗或用热碱水冲洗干净，并将其盖口打开，方才准许焊接。

（8）在风力超过5级时禁止露天进行焊接或气割。但风力在5级以下3级以上进行露天焊接或气割时，必须搭设挡风屏以防火星飞溅引起火灾。

（9）下雨雪时，不可露天进行焊接或切割工作。如必须进行焊接时，应采取防雨雪的措施。

（10）在焊接工作场所附近，必须经常有盛满水的水桶、消火栓、沙箱、灭火器等消防设备。

（11）进行焊接工作时，必须设有防止金属熔渣飞溅、掉落引起火灾的措施，以及防止灼伤、触电、爆炸等的措施。

（12）在高空进行焊接工作，必须遵照高处作业部分的有关规定。

（13）在梯子上只能进行短时不繁重的焊接工作，禁止登在梯子的最高梯阶上进行焊接工作。

（14）在锅炉汽包、凝汽器、油箱、油槽以及其他金属容器内进行电焊工作，应有下列防止触电的措施：

①焊工应避免与铁件接触，要站立在橡胶绝缘垫上或穿橡胶绝缘鞋，并穿干燥的工作服。

②电焊钳的构造应保证只能在断电时才能更换焊条。

③容器内使用的行灯，电压不得超过12V。行灯变压器的外壳应可靠接地，不许使用自耦变压器。

④行灯用的变压器及电焊变压器均不得携入锅炉及金属容器内。

（15）在金属容器内进行焊接工作，外面应设有可看见和听见焊工工作的监护人，并设有开关，以便根据焊工的信号切断电源，更换焊条。

（16）在密闭容器内，不允许同时进行电焊及气焊工作。

2.对气瓶储存及使用的安全工作要求

（1）储存气瓶的仓库应具有耐火性能；门窗应向外开，装配的玻璃应用毛玻璃或涂以白色油漆；地面应该平坦不滑，砸击时不会发生火花。

（2）容积较小的仓库（储存量在50个气瓶以下）与其他建筑物的距离应不少于25m，较大的仓库与施工及生产地点的距离应不少于50m；与住宅和办公楼的距离应不少于100m。

（3）储存气瓶仓库周围10m距离以内，不得堆置可燃物品，不得进行锻造、焊接等明火工作，也不准吸烟。

（4）仓库内应设架子，使气瓶垂直立放，空的气瓶可以平放堆叠，但每一层都应垫有木制或金属制的型板，堆叠高度不得超过1.5m。

（5）装有氧气的气瓶不得与乙炔气瓶或其他可燃气体的气瓶储存于同一仓库。

（6）储存气瓶的仓库内不许有取暖设备。

（7）储存气瓶的仓库必须备有消防用具。

（8）气瓶的搬运应遵守下列各项规定：

①气瓶不许用手或肩直接搬运或滚动，应使用专门的抬架或有弹簧的手推车。

②运输气瓶时应安放在特制半圆形的承重木架内，如没有承重木架时，可以在每一气瓶上套以厚度不小于25mm的绳圈或橡皮圈两个，以免互相撞击。

③全部气瓶的气门都应朝向一面。

④用汽车运输气瓶时，气瓶不得顺车厢纵向放置，应横向放置。气瓶押运人员应坐在司机驾驶室内，不许坐在车厢内。

⑤为防止气瓶在运输途中滚动，应将其可靠地固定住。

⑥用汽车或铁道敞车运输气瓶时，应用帆布遮盖，以防止烈日暴晒。

⑦不论是已充气或空的气瓶，应将瓶颈上的保险帽和补气门侧面连接头的螺母盖盖好后方许运输。

⑧运送氧气瓶时，必须保证气瓶不沾染油脂、沥青。

⑨严禁把氧气瓶及乙炔瓶放在一起运送，也不得与易燃物品和装有可燃气体的容器一起运送。

3.氧气瓶和乙炔瓶的使用

（1）在连接减压器前，应将氧气瓶的输气截门开启四分之一转，吹洗1～2s，然后用专门的扳手安上减压器。工作人员应站在截门连接头的侧方。

（2）气瓶上的输气截门或减压器气门，若发现有毛病时，应立即停止工作，进行修理。

（3）氧气瓶每三年应进行一次225个大气压的水压试验，过期未经水压试验或试验不合格者不得使用。在接收氧气瓶时，应检查印在瓶上的试验日期及试验机构的鉴定。气瓶不得有砂眼、裂缝等。

（4）运到现场的氧气瓶必须验收检查。如有油脂痕迹，应立即擦拭干净；如缺少保险帽或气门上缺少封口螺栓或有其他缺陷，应在瓶上注明“注意！瓶内装满氧气”，退回制造厂。

（5）氧气瓶应涂成蓝色，用黑色标明“氧气”字样；乙炔瓶涂成白色，并用红色标明“乙炔”字样。

（6）氧气瓶内的压力降到2个大气压时，不得再使用。用过的瓶上应写明“空瓶”。

（7）氧气瓶截门只准使用专门扳手开启，不得使用凿子、锤子开启；乙炔瓶截门需用特殊的键开启。

（8）在工作地点，最多只许有两个氧气瓶，一个工作，一个备用。

（9）使用中的氧气瓶和乙炔瓶应垂直放置并固定起来。

（10）绝对禁止使用没有减压器的氧气瓶。

（11）不许将氧气瓶和乙炔瓶放置在同一个小车上。

（12）禁止装有气体的气瓶与电线接触。

（13）在焊接中禁止将带有油迹的衣服、手套或其他沾有油脂的物品与氧气瓶软管及接头相接触。

（14）安设在露天的气瓶，应用帐篷或轻的板棚遮护，以免受到阳光暴晒。

4.减压器

（1）减压器的低压室没有压力表或压力表失效，一概不许使用。

（2）将减压器安装在气瓶截门或输气管前，应注意下列各项：

①减压器（特别是连接头和外套螺母）是否沾有油脂；如有油脂应擦洗干净。

②外套螺母的隙纹是否完好，帽内应有纤维质垫圈（不得用皮垫等代替）。

③预吹截门上的灰尘时，工作人员应站在侧面，以免被气体冲伤，其他人员不得站在吹气方向附近。

（3）应先把减压器和氧气瓶连接后，再开启氧气瓶的截门，开启截门时不得猛开，以免气体冲破减压器。

（4）减压器冻结时应用热水或蒸汽解冻，禁止用火烤。

（5）减压器如发生自动燃烧，应迅速把氧气瓶的输气截门关闭。

（6）减压器需要停止使用时应注意的事项：

①需要停止2～3min时，只需关闭焊枪的截门；

②需要停止15～18min时，需将减压器的调整螺杆拧松，直至与弹簧分开；

③需要长时间停止工作时，需将氧气瓶输气截门关闭；

④工作结束时，需将减压器自气瓶上取下，并由焊工保管。

（7）使用于氧气瓶的减压器应涂蓝色；使用于乙炔发生器的减压器应涂白色，以免混用。

5.橡胶软管

（1）橡胶软管应具有足以承受气体压力的强度，氧气软管需用20个大气压的压力试验，乙炔软管需用5个大气压的压力试验。

（2）橡胶软管的长度一般为10～20m。两端的接头（一端接减压器，另一端接焊枪）必须用特制的卡子卡紧，或用软的和退火的金属绑线扎紧，以免漏气或松脱。

（3）在连接橡胶软管前，应先将软管吹净，并确定管中无水后，才许使用。

（4）使用的橡胶软管不应有鼓包、裂缝或漏气等现象。如发现有漏气现象，不得用贴补或包缠的方法修理，应将其损坏部分切掉，用双面接头管把软管连接起来并用夹子或金属绑线扎紧。

（5）可燃气体（如乙炔）的橡胶软管在使用中发生脱落、破裂或着火时，应首先将焊枪的火焰熄灭，然后停止供气。氧气软管着火时，应先拧松减压器上的调整螺杆或将氧气瓶的截门关闭，停止供气。不许采用弯折软管的方法来停止供气。

（6）乙炔和氧气软管在工作中应防止沾上油脂或触及金属溶液。禁止把乙炔及氧气软管放在高温管道和电线上，或把重的或热的物体压在软管上，也不许把软管放在运输道上。不许把软管和电焊用的导线敷设在一起。

6.焊枪

（1）焊枪在点火前，应检查其连接处的严密性及其嘴子有无堵塞现象，如有堵塞应用黄铜针剔通，不许用钢丝剔通，以免扩大其孔眼直径或损坏其边缘。

（2）焊枪点火时，应先开氧气门，再开乙炔气门，立即点火，然后再调整火焰。熄火时与上述操作相反，即先关乙炔气门，后关氧气门，以免回火。

（3）焊工工作地点附近，应经常有冷水，以便冷却焊嘴。

（4）由于焊嘴过热堵塞而发生回火或多次爆鸣时，应尽快将乙炔气门关闭，再关闭氧气门，然后将焊嘴浸入冷水中。

（5）焊工不准将正在燃烧中的焊枪放下；如有必要时，应先将火焰熄灭。

（6）焊枪的氧气门或乙炔气门有毛病时，应立即修理。