氧燃料割炬喷嘴头/喷嘴设计和选择

氧燃料割炬喷嘴头设计/选择的相关技巧

第 1 部分（2 部分系列）

在设计或选择氧燃料机割炬切割喷嘴/喷嘴头时，必须考虑几个因素。我们将介绍一些关键因素，以便您在选择正确的氧燃料割炬喷嘴头时加以考虑。

以下是几个需要考虑的因素（但不是全部）

1. 要切割的钢材厚度
2. 型切割孔（圆柱孔或高速/发散孔）
3. 要使用的预热气体
4. 要进行的型切割（形状切割、坡口切割等），以及
5. 待切割材料的特性（材料组成、底料板、磨鳞等）。

还有其他参数需要考虑，但这些似乎是主要考虑因素。在火焰切割的所有因素中，喷嘴和从喷嘴流出的切割氧气流是目前为止该过程中最重要的项目。无论是割炬还是与之相关的压力控制设备，都与实际切割没有太大关系。

板材厚度

当今的切割惯例发现，随着板材厚度增加，必须增大切割喷嘴孔径。这种增加的主要原因是，随着与喷嘴出口距离的增加，切割流的质量/速度降低。切割氧气流的速度始终保持在至少音速（马赫=1）级别，并在喷嘴内或喷嘴下游扩展为超音速。

“层流”一词有时用来描述这种流，但不适用于超音速流。流保持“良好”状态的长度是孔径的函数。在这种超音速流中，良好切割流的长度 (L) 与喷嘴直径 (d) 之间存在 L/d 关系；因此，该流的实际长度随着孔径的增加而增加。

虽然可以使用“超大”喷嘴来切割“薄”材料，但这通常会导致质量下降，以及切割氧气消耗的增加。随着孔径的增加，切割氧气量也会增加。在固定工作压力下，切割氧气流量/量随直径的平方 (d2) 而增加，因此，孔径稍增加一点会导致流量大幅增加。

因此，超大并不是好主意，因为它会导致操作成本大幅增加。严重“超大”也会减少切口的垂直度。通常情况下，切口会变成倒“V”形，切口底部比顶部宽。

切割氧气孔设计

目前有两种基本孔设计

1. 圆柱孔和
2. 发散孔（又称高速孔）（见图 1）。

圆柱孔主要用于手工切割和机器切割薄材料（1/8-3/8 英寸），而发散孔通常用于厚度超过 3/8 英寸的材料。由于当今大多数数控切割机同时配备等离子切割和气体切割，因此，大多数客户都是用等离子切割薄材料，并在厚度为 ¾ 到 1 英寸的材料上从等离子切割切换为气体切割。切换点通常由安装的等离子割炬数量、这些割炬的功率以及安装的氧燃料气体割炬数量来决定。

这两种氧气孔的操作差异是最佳操作所需的压力。圆柱孔在压力为约 40 psig 时处于最佳操作状态，而发散孔在 75-100 psig 压力范围内处于最佳操作状态。实际最佳压力是出口尺寸与管颈尺寸之比的函数，因此，压力由触头制造商决定，具体取决于他们选择的比率。这些压力是在割炬入口测量的压力。在设计压力为 +/- 10 psig 的情况下，切割喷嘴的运行状态通常令人满意。一些操作员在对其特殊条件进行评估后会发现这些特殊条件。需要注意的是，随着切割氧气压力的增加，切口宽度也会增加。

与圆柱孔喷嘴相比，有效使用的发散孔喷嘴具有更快的切割速度功能，尽管工作压力更高，但每英尺切割消耗的氧气更少。下图是这两种喷嘴切割速度的一般比较。

火焰切割速度图 - 单击查看大图

虽然等离子标准下的实际速度没有那么令人印象深刻，但这二者之间的百分比差异却令人印象深刻。由于所有火焰切割都是在低于 20 ipm 的速度下进行，每增加 1 ipm，产量百分比就会显著增加。

在本文的第 2 部分，我们将讨论各种燃料气体的喷嘴预热设计和坡口要求（而不是形状切割）。我们还将讨论几种可能造成切割质量问题的条件。