可燃气焊炬喷嘴/喷嘴预热设计

可燃气喷嘴预热设计

两部分系列（二）

在上一篇关于可燃气焊炬喷嘴/喷嘴设计和选择的博客文章中，我们讨论了切割喷嘴孔设计和各种板厚度的要求。在本期中，我们将讨论各种燃气所需的不同喷嘴设计。

喷嘴预热设计

在美国市场上，有四种主要可燃气，它们是 1）乙炔，2）丙烷，3）天然气，4）丙烯。还有一些添加剂与天然气或丙烷混合，旨在提高机器切割性能；但是，这些添加剂不会改变基本可燃气的喷嘴设计。与切割氧孔设计不同，预热设计不会随着板材的厚度而变化。下图显示了四种可燃气的三种预热设计，其中天然气和丙烷使用相同的设计。由于不同气体的火焰速度存在差异，所以设计上必然会有差异。在此图中，喷嘴 1）是乙炔喷嘴，2）是丙烷/天然气喷嘴，3）是丙烯喷嘴，4）也是一体式设计的丙烷/天然气喷嘴。

乙炔喷嘴具有扁平的前沿面，且没有稳燃裙边。乙炔的火焰速度远高于其他可燃气的火焰速度，仅仅相邻正确放置的预热端口的火焰之间的相互作用就足以使火焰以在切割操作中使用的流速/速度保持在喷嘴表面上。请注意，3 号裙边比 2 号裙边短，这表明丙烯的火焰速度比天然气/丙烷的火焰速度高，所以较短的裙边对于丙烯来说足够。天然气/丙烷和丙烯焊焊缝的稳燃源于靠近相邻火焰端口、这些相邻端口的相互作用以及火焰与裙壁的相互作用。

使用正确的喷嘴预热设计

必须为所使用的预热气体选择适当的预热设计，否则会发生严重问题。在专为天然气/丙烷或丙烯设计的条状焊焊缝中使用乙炔会导致机器焊炬/焊缝持续烧结或严重过热。在乙炔喷嘴中使用非乙炔气体虽然可能不会导致严重问题，但不会产生可用的火焰，因为火焰会在非常低的流量下“跳出”喷嘴表面而不可用。喷嘴在高预热流速下更易冷却，因为高气体流速往往比低气体流速更易于冷却喷嘴。

斜削

在大多数火焰切割应用中，切焊炬垂直于板材。但斜削例外，此时焊炬/喷嘴与板垂直方向呈 15 至 60 度角。这带来两个问题：1）要切割的板材厚度增加，2）降低预热效率。当板材厚度已知时，用板材厚度除以角度的余弦得到“斜边”，即实际切割长度。对于 45 度斜削，切割长度是板材厚度的 1.41 倍。因此，当以 45 度角斜削 5.08 厘米（2 英寸）板时，请选择额定值适合约 7.62 厘米（3 英寸）或更长距离的喷嘴。虽然切割长度随着斜削角的增加而增加，但预热的有效性却急剧下降。

最常见的斜削差错是预热太少造成的。上面是一张尝试 45 度斜削的图片。请注意，斜削的前 1.27-1.905 厘米（½- ¾ 英寸）是光滑的，而其后部分则显示在切割表面有重复的垂直过切。大多数用户不能接受这种过切表面。

前面部分切得好的原因是开始切割之前这部分获得了预热。当切割“赶上”板材的这一预热部分后，切割表面退化到不可接受的程度。可按照以下方法之一或全部方法来解决此问题：

1. 将焊缝缩小到工作距离，直到预热内锥体触到板材
2. 将预热气体的流速提高到焊缝允许的最大速度
3. 确保 O/F 比正确，使火焰温度达到最大
4. 使用辅助预热器

这张图片显示了预热点火下的三炬配置。最后切割出上下各一个 45 度斜面、中间一个鼻端的部件。焊炬 1 是前置焊炬，需要预热最多。请注意焊炬 1、2 和 3 在预热锥体长度上的差异。焊炬 2 是第二个焊炬，将提供鼻端/钝边。该焊炬需要很少的预热，实际上它将从焊炬 1 获得一些所需的热量。焊炬 3 将切割顶部斜面，在某些情况下，需要比焊炬 2 更多的预热，但通常不超过焊炬 1。

同样，从三个焊炬来看，焊炬 1 的预热锥体最长，焊炬 3 的锥体比焊炬 1 略短，但比焊炬 2 长。在前置角焊炬上很难获得过多的预热，但是在垂直焊炬上能够相对容易地获得过多预热。在这种情况下，过多的预热通常会导致板底留下顽固渣，难以去除。

斜削比典型的形状切割面临更多困难，但当今机器上的一些新设备有助于克服其中一些难题。