第四章 碳弧气刨

1、第四章 碳弧气刨教学目标：掌握碳弧气刨工作原理、工艺特点及应用范围，正确选择工艺参数；能够对低碳钢、低合金结构钢、不锈钢进行正确的刨削操作，并对铸铁及有色金属进行碳弧切割。教学重、难点：碳弧气刨工作原理、工艺特点及应用范围，正确选择工艺参数，对低碳钢、低合金结构钢、不锈钢进行正确的刨削操作，并对铸铁及有色金属进行碳弧切割。课时：7课时第一课时教学过程：一、组织教学二、导入新课（一）碳弧气刨的基本原理（1）碳弧气刨是利用碳棒与金属工件之间产生的电弧高温，将金属工件局部熔化，并利用压缩空气流将熔化金属吹掉，从而在工件上加工出刨槽的一种工艺方法，如图所示。图 碳弧气刨原理示意图1碳棒 2碳弧气刨钳

2、3压缩空气 4电弧 5工件（2）碳弧气刨是利用碳极和金属之间产生的高温电流，把金属局部加热到熔化状态，同时利用压缩空气的高速气流把这些熔化金属吹掉，从而实现对金属母材进行刨削和切割的一种加工工艺方法，如下图：图1 碳弧气刨示意图（二）碳弧气刨与其他切割方法的比较(引导学生复习归纳)1、机械切割砂轮切割2、氧乙炔气割(二)应用范围1. 焊缝挑焊根工作中。2. 利用碳弧气刨开坡口，尤其是U型坡口。3. 返修焊件时，可使用碳弧气刨消除焊接缺陷（挖出）。4. 清除铸件表面的毛边、飞刺、冒口和铸件中的缺陷。5. 切割不锈钢中、薄板6. 在板材工件上打孔。7. 刨削焊缝表面的余高。三、 巩固小结四、 布置

3、作业 1.碳弧气刨原理2.碳弧气刨的特点第二课时教学过程：一、组织教学二、复习旧知识1.碳弧气刨原理2.碳弧气刨的特点3.碳弧气刨应用范围。三、导入新课1. 碳弧气刨的工艺参数（主要）a) 碳棒规格及适用电流（表1）电流对刨槽的尺寸影响很大，电流增加时，刨槽的宽度增加，深度增加更多，采取大电流可以提高刨削速度，并获得较光滑的刨槽。但电流过大时，碳棒头易发红，镀铜层易脱落。正常电流下，碳棒发红长度为25mm，电流小则容易产生夹碳现象。实际生产中可参考表1选用电流。表1 碳棒规格及适用电流断面形状规格（mm）适用电流（A）断面形状规格（mm）适用电流（A）圆形3×3554×35

4、55×3556×3557×3558×35510×35512×355150180150200150250180300200350250400400550450600扁形3×12×3555×10×3555×12×3555×15×3555×18×3555×20×3555×25×3556×20×3552003003004003504504005004505505006005506005

5、50600新型侧面送风碳弧气刨钳如图所示。图 新型碳弧气刨钳示意图 1碳棒 2风孔 3角度可调钳口(导电嘴) 4空气开关 5卡紧手柄 6电缆紧固螺钉 7电缆接口 8压缩空气接头电风合一软管新式的电风合一的软管如图所示。1弹簧管2外附加钢丝 3夹线胶管 4多股导线图 电风合一软管b) 刨削速度刨削速度对刨槽尺寸、表面质量都有一定影响。速度太快会造成碳棒与金属相碰，会使碳粘于刨槽顶端，形成“夹碳”的缺陷。相反，速度过慢又易出现“粘渣”问题。通常刨削速度为0.51.2m/min较合适。c) 电弧长度气刨时，电弧长会引起电弧不稳定，甚至造成息弧。操作一般宜用短弧，以提高生产效率和碳棒利用率。一般电弧长

6、度以12mm为宜。d) 碳棒伸出长度碳棒从钳口到电弧端的长度为伸出长度（如图1所示）伸出长度越长，钳口离电弧越远，压缩空气吹到熔池的吹力就不足，不能将熔化的金属顺利吹掉；另一方面伸出长度越长，碳棒的电阻越大，烧损也越快。操作时，碳棒合适的伸出长度为80100 mm，当烧损到2030 mm后就要进行调整。碳棒伸出长度示意图5.碳棒倾角碳棒与工件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角，刨槽的深度与倾角有关。倾角增大，刨槽深度增加；反之，倾角减小，则刨槽深减小。碳棒的倾角一般为25°- 45°碳棒倾角6.碳棒直径与板厚的关系见表碳棒直径一般比所要求的刨槽宽度小24mm为佳。7.压缩空气压力

7、一般要求压缩空气的压力为0.40.6MPa。8.电弧长度操作时要尽量采用短弧，一般弧长约l2mm。9.刨削速度一般刨削速度为0.51.2mmin较合适。三、 巩固小结四、 布置作业碳弧气刨的工艺参数有哪些？第三课时教学过程：一、组织教学二、复习旧知识碳弧气刨的工艺参数三、导入新课碳弧气刨基本操作a) 准备工件 刨削前应先检查电源的极性是否正确（一般刨枪接正极、工件接负极）。检查电缆及气管是否接好。并根据工件厚度、槽的宽度选择碳棒直径和调节好电流。调节碳棒伸出长度为80100mm。检查压缩空气管路和调节压力，调正风口并使其对准刨槽。b) 引弧 引弧时，应先缓慢打开气阀，随后引燃电弧，否则易产生“

8、夹碳”和碳棒烧红。电弧引燃瞬间，不宜拉的过长，以免熄灭。c) 刨削i. 因为开始刨削时钢板温度低，不能很快熔化，当电弧引燃后，此时刨削速度应慢一点；否则易产生夹碳。当钢板熔化且被压缩空气吹去时，可适当加快刨削速度。ii. 刨削过程中，碳棒不应横向摆动和前后往复移动，只能沿刨削方向作直线运动。iii. 碳棒倾角按槽深要求而定，倾角可为25°- 45。iv. 刨削时，手的动作要稳，对好准线，碳棒中心线应与刨槽中心线重合。否则，易造成刨槽形状不对称。v. 在垂直位置气刨时，应由上向下移动，以便焊渣流出。vi. 要保持均匀的刨削速度。刨削时，均匀清脆的“嘶、嘶”声表示电弧稳定，能得到光滑均匀

9、的刨槽。每段刨槽衔接时，应在弧坑上引弧，防止碰触刨槽或产生严重凹痕。vii. 刨削结束时，应先切断电弧，过几秒后再关闭气阀，使碳棒冷却。viii. 刨槽后应清除刨槽及其边缘的铁渣、毛刺和氧化皮，用钢丝刷清除刨槽内碳灰和“铜斑”。并按刨槽要求检查焊缝根部是否完全刨透，缺陷是否完全清除。四、巩固小结五、 布置作业1. 碳弧气刨如何引弧？2. 碳弧气刨时如何刨削？第四课时教学过程：一、组织教学二、复习旧知识1.碳弧气刨如何引弧？2.碳弧气刨时如何刨削？三、导入新课a) 焊缝返修时刨削缺陷焊缝经探伤后，发现有超标准的缺陷，可用碳弧气刨进行刨除。根据检验人员在焊逢上做出的缺陷位置的标记来进行刨削，刨削过

10、程中要注意一层一层地刨，每层不要太厚。当发现缺陷后，要轻轻地再往下刨一二层，直到将缺陷彻底刨掉为止。如图2所示图2刨除焊缝后的槽形b)碳弧气刨工艺规范1.  主题内容与适用范围 本规范规定了手工和自动碳弧气刨工艺及操作应遵守的规则。 本规范适用于低碳钢和低合金钢的碳弧气刨，用于清根、开U型坡口、清除焊接接头缺陷等。2.碳弧气刨的电极材料    (1)应选用碳弧气刨专用的碳棒，且符合有关要求。    (2)碳棒断面一般为圆形。    (3)当用于自动碳弧气刨时，应选用可连接（螺纹或锥体连接）的碳棒。当第一根碳棒被消耗

11、时，另一根可以迅速而方便地接上，保证操作连续而不中断。    (4)碳棒在保管时应保持干燥。使用前如发现碳棒受潮，应经烘干后使用，烘干温度为120左右，保温2小时。3.碳弧气刨枪    应选用侧向送风的碳弧气刨枪，以保证金属熔渣的清除。4.电源    碳弧气刨必须采用直流电源，手工碳弧气刨应采用陡降外特性的直流电源。自动碳弧气刨，根据控制模式，可采用陡降外特性或平特性的直流电源。    碳弧气刨一般所需电流较大，连续工作时间长，故应选用功率较大的直流焊机。若选用硅整流焊机作电源时，尤应防止超载，以确保金属熔渣的清除

12、。    (5)碳弧气刨电源极性的选用根据材质而定，一般碳钢、合金钢选用直流反接。5.压缩空气    (1)碳弧气刨用的压缩空气必须清洁干燥，必要时应采取过滤装置。    (2)碳弧气刨用的压缩空气应有足够的压力和流量。常用的压力为0.40 .6MPa，流量为0.851.7m3/min。四、巩固小结五、布置作业1.碳弧气刨焊缝返修时如何刨削缺陷？2.碳弧气刨的电极材料有哪些要求？3. 碳弧气刨对压缩空气有哪些要求？第五课时教学过程：一、组织教学二、复习旧知识1.碳弧气刨焊缝返修时如何刨削缺陷？2.碳弧气刨的电极材料有哪些要求？3. 碳

13、弧气刨对压缩空气有哪些要求？三、导入新课碳弧气刨前的准备    1.清理工作场地，在10m范围内应无易燃、易爆物品。    2.碳弧气刨前应作如下检查：      (1)电源线及接地（焊件）线连接应牢固。自动碳弧气刨时，信号（电弧电压）线应可靠地接在焊件上。      (2)气路连接应可靠、畅通、无泄漏现象。仪表完好。      (3)采用自动碳弧气刨时，小车导轨与焊件气刨线应平行。      (

14、4)当气刨环缝时，液轮架运转应可靠，且不跑偏。      (5) 碳弧气刨的电源极性、碳棒直径、气刨电流、行走速度、压缩空气的压力及碳棒的伸出长度等应符合工艺要求。    3.对于需要预热的材料，在气刨前应按相应的焊接工艺要求进行预热。 4. 碳弧气刨操作要求    (1 )自动碳弧气刨按操作说明书进行，当一切准备就绪，在按下启动按钮后，除连接碳棒需手动外，一切均自动进行，直至气刨结束时按下停止按钮。    (2) 手工碳弧气刨按下列要求进行操作。     

15、0;1)将碳棒夹持在碳弧气刨枪上，碳棒伸出长度一般为80100mm，当烧至3040mm时，应将碳棒重新夹持到伸出长度。       2)应先送风后引弧，防止引弧时产生夹碳现象。       3) 电弧长度应保持在12mm。       4) 碳棒与焊件夹角一般为25°40°。       5) 引弧后的气刨速度应稍慢一点，待金属材料被充分加热后再调至正常气刨速度。 

16、     6) 气刨结束后应先熄弧后断气，以使碳棒冷却。    7）气刨结束后应彻底清除刨槽及其两侧的氧化皮、粘渣、飞溅等附着物。四、巩固小结五、布置作业1.手工碳弧气刨按进行操作应注意事项？2.碳弧气刨前应作哪些检查？第六课时教学过程：一、组织教学二、复习旧知识1.手工碳弧气刨按进行操作应注意事项？2.碳弧气刨前应作哪些检查？三、导入新课 A.工艺参数    （1）手工碳弧气刨时，主要按碳棒直径选用电流（见表1）：表1规 格（mm）        8&#

17、160;        9         10         12电 流（A）        400 430        450 500        500 550        5

18、50 600    （2）自动碳弧气刨时，除电流外，还有行走速度、电弧电压等。 B.检查    （1）气刨槽应无夹碳、粘渣、铜斑及裂纹等缺陷，否则应及时清除。    （2）自动气刨刨槽尺寸允许偏差：       宽度允差1mm、深度允差1±0.5mm、刨槽中心相对焊缝中心的偏移1mm。    （3） 手工气刨刨槽尺寸允许偏差：宽度允差2mm、深度允差2±1mm、刨槽中心相对焊缝中心的偏移2mm。 C.安全事项    (1 )操

19、作者应穿戴好必要的劳动保护用品。    (2) 碳弧气刨时不准用氧气代替压缩空气。    (3) 不允许把碳弧气刨枪浸在水中冷却。    (4) 工作场地应通风良好，尤其是在容器内操作时，必须加强通风，排除烟尘。D.碳弧气刨的工艺参数1.炭棒直径 炭棒直径通常根据钢板的厚度选用，但也要考虑刨槽宽度。炭棒直径越大，刨槽越宽。一般炭棒直径应比所要求的刨槽宽度小24mm。2.电源极性 碳索钢和低合金钢碳弧气刨时，一般采用直流反接(DCRP)，即工件接负极，炭棒接正极。采用直流反接碳弧气刨时，熔化金属的碳含量高达1.44%，而正接时碳含量为0

20、.38%。碳含量较高的熔化金属的流动性好，凝固温度较低。因此反接时刨削过程稳定，电弧发出“刷刷”声，刨槽宽窄一致，光洁明亮。若极性接错，电弧不稳且发出断续的“嘟嘟”声。3.刨削电流刨削电流根据炭棒规格和刨槽尺寸选用。对于一定直径的炭棒，如果电流较小，电弧不稳定，易产生夹碳缺陷；适当增大电流可提高刨削速度、刨槽表面光洁。实际应用中一般选用较大的电流，但电流过大时，炭棒头部过热而发红，镀铜层易脱落，炭棒烧损快，甚至炭棒熔化满入槽道内，使槽道严重渗碳。正常电流下的炭棒发红长度约为25mm。4.刨削速度刨削速度对刨槽尺寸、表面质量和刨削过程的稳定性有一定的影响。刨削速度应与电流大小和刨槽深度（或炭棒与工件间的夹角）相匹配。刨削速度太快，易造成炭棒与工件接触，使碳凝结在刨槽的顶端，造成短路、形成夹碳缺陷。一般刨削速度为0.51.2m/min。5.压缩空气压力 压缩空气的压力直接影响刨削速度和刨槽质量。压力太小，熔化金属吹不掉，刨削很难进行。压力低于0.4MPa时，不能进行刨削。压缩空气压力高对刨削有利。电流较