碳弧气刨原理、特点和应用

碳弧气刨原理、特点和应用一、碳弧气刨的定义二、碳弧气刨的原理三、碳弧气刨的特点四、碳弧气刨的设备五、碳弧气刨的工艺及应用一、碳弧气刨的定义碳弧气刨是利用碳棒和金属工件之间产生的电弧热将工件局部加热到熔化状态，同时借助压缩空气流的动力把熔融金属吹除，实现刨削或切断金属的一种工艺方法。二、碳弧气刨的原理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.如图8-28所示。三、碳弧气刨的特点如下:

⑴

碳弧气刨比采用风铲可提高生产率10倍,在仰位或竖位进出时更具有优越性。

(2)与风铲相比，在开坡口及挑焊根时，可以提高工效4倍以上，尤其是在开U形坡口时，效果更加显著。

(3)与风铲相比，能减轻劳动强度，减少噪声，提高劳动条件，易实现机械化。

(4)与氧气切割相比，能切割氧气切割难以切割的材料，如不锈钢、铸铁、铜和铝等。(5)

在对封底焊进行碳弧气刨挑焊根时，易发现细小缺陷，并可克服风铲由于位置狭窄而无法使用的缺点。(6)

碳弧气刨也有一些缺点:如产生烟雾，噪声较大,粉尘污染，弧光辐射等。(7)工具设备简单，操作方便，最适合于金属缺陷的清除工作。碳弧气刨的缺点是气刨过程中会产生烟尘，对环境造成污染，对操作者健康有一定影响，并且需要采用功率较大的直流电源，费用较高。四、碳弧气刨设备

碳弧气刨设备由电源、气刨枪、碳棒、电缆气管和空气压缩机组成。

碳弧气刨一般采用具有陡降外特性的直流弧焊电源，由于气刨时碳棒不熔化，负载持续率较大，而使用的电流又较大。因此，应选用功率较大的弧焊整流器和弧焊发电机,如常用的有ZX5-630、ZX-500型整流弧焊机和AX1-500型弧焊发电机等。

碳弧气刨的工具是碳弧气刨枪，气刨枪的作用是夹持碳棒、传导电流和输送压缩空气。它有侧面送风式气刨枪和圆周送风式气刨枪两种。如图所示为侧面送风式碳弧气刨枪，它的特点是送风孔在钳口附件的一侧，工作时压缩空气从这里喷出，气流恰好对准碳棒的后侧，将熔化的铁水吹走，从而达到刨槽或切割的目的。碳棒在碳弧气刨时作为电极，用作传导电流和引燃电弧。对碳棒的要求是耐高温、导电性良好和不易开裂。常用的是镀铜实芯碳棒，镀铜的目的是更好地传导电流。外形有圆碳棒和扁碳棒两种，圆碳棒主要用于在焊缝反面挑焊根、清焊根;扁碳棒刨槽较宽，可以用于来坡口、刨焊瘤或切割大量金属的场合。空气压缩机和空气导管，碳弧气刨所需的压缩空气的压力范围0.4~0.8MPa，由空气压缩机或集中式供气管道供气，然后由空气导管输送至气刨枪，较新式的是气电合一的碳弧气刨软管，类型有弹簧管；附加钢丝；夹线胶管；多股导线五、碳弧气刨工艺

碳弧气刨的工艺参数主要有电源极性、碳棒直径与刨削电流、刨削速度、压缩空气压力、碳棒伸出长度、碳棒倾角、电弧长度等。1．电源极性碳弧气刨时，电源的极性根据被刨金属材料来确定。碳弧气刨一般都采用直流反极性,但铸铁和铜及铜合金采用直流正极性,这样刨削过程稳定，刨槽光滑。2．碳棒直径与刨削电流

碳棒直径根据被刨削金属的厚度来选择。被刨削的金属越厚，碳棒直径越大。刨削电流对刨槽的尺寸影响较大。电流大，则槽宽增加，槽深也增加，且槽深的增加更为显著。增大刨削电流，还可以提高刨削速度才能获得较光滑的刨槽，因此一般采用较大的电流。但在返修焊缝缺陷时，若采用大电流就会使刨削速度和刨槽深度都增加，不利于发现缺陷，因此刨削电流应偏低一些。2．碳棒直径与刨削电流

刨削电流与碳棒直径成正比关系，一般可根据下面经验公式选择刨削电流:l=KD式中l————刨削电流，A;K————系数，其值为35~50;D———碳棒直径，mm圆形断面形状，规格Φ3×355（mm），适用电流150——180（A）圆形断面形状，规格Φ4×355（mm），适用电流150——200（A）圆形断面形状，规格Φ5×355（mm），适用电流150——250（A）圆形断面形状，规格Φ6×355（mm），适用电流180——300（A）圆形断面形状，规格Φ7×355（mm），适用电流200——350（A）圆形断面形状，规格Φ8×355（mm），适用电流250——400（A）圆形断面形状，规格Φ10×355（mm），适用电流400——550（A）圆形断面形状，规格Φ12×355（mm），适用电流450——600（A）扁形断面形状，规格3×12×355（mm），适用电流200——300（A）扁形断面形状，规格5×10×355（mm），适用电流300——400（A）扁形断面形状，规格5×12×355（mm），适用电流350——450（A）扁形断面形状，规格5×15×355（mm），适用电流400——500（A）扁形断面形状，规格5×18×355（mm），适用电流450——550（A）扁形断面形状，规格5×20×355（mm），适用电流500——600（A）扁形断面形状，规格5×25×355（mm），适用电流550——600（A）扁形断面形状，规格6×20×355（mm），适用电流550——600（A）2．碳棒直径与刨削电流碳棒的直径，可根据被刨板的厚度进行选择。被刨板越厚，选用的碳棒直径越大。碳棒直径还与刨槽宽度有关，刨槽越宽，碳棒直径应增大，一般碳棒直径应比刨槽的宽度小2～4mm左右。2．碳棒直径与刨削电流不同板厚选用的碳棒直径钢板厚度3碳棒直径一般不刨钢板厚度4~6

碳棒直径4钢板厚度6~8碳棒直径5~6钢板厚度8-12碳棒直径6-7钢板厚度10~15碳棒直径7~10钢板厚度15以上碳棒直径103．刨削速度

刨削速度对刨槽尺寸和表面质量都有一定的影响。创削速度太快，使刨槽的深度变浅、宽度变窄。如果刨削速度太快，不仅使刨槽的宽度和深度达不到要求，而且容易使碳棒与前端金属相碰造成短路，形成夹碳缺陷。一般刨削速度为0.5一1.2m/min较合适。4．压缩空气的压力压缩空气的作用是用来吹走易熔化的金属。压缩空气压力高，刨削有力，能立即把熔化的金属吹掉。因此，适当的提高压缩空气压力，能够提高压缩空气压力，能够提高刨削速度。常用的压缩空气压力为0．4~0.8MPa。且刨削电流增大时，压缩空气的压力也应相应增加。电流与压缩空气的压力之间的关系见表8-17。5．电弧长度电弧长度对气刨的表面质量影响很大。电弧过长，引起操作不稳定，甚至熄弧。因此操作时要求尽量保持短弧,这样可以提高生产率，还可以提高碳棒的利用率，但电弧太短，又容易引起“夹碳”缺陷。因此，一般弧长约1~2mm。在刨削过程中弧长应尽量保持不变，以保证刨槽尺寸均匀。6．碳棒倾角

碳棒与刨件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角。碳棒与工件的倾角大小，主要影响刨槽的深度。倾角增大，使刨槽的深度增大，宽度变小;相反，倾角减小，则使刨槽深度变浅，宽度增加。碳棒的倾角一般为25°一45°，碳棒倾角与刨槽深度有关，碳棒倾角与刨槽深度的关系如下：6．碳棒倾角碳效倾角25°创槽深度2.5碳效倾角30°创槽深度3.0碳效倾角35°创槽深度4.0碳效倾角40°创槽深度5.0碳效倾角45°创槽深度6.0碳效倾角50°创槽深度7.0-8.07．碳棒伸出长度碳棒从钳口导电嘴到电弧端的长度称为碳棒的伸出长度。创削时，碳棒伸出长度应为80~100mm，当碳棒烧损20~30mm后，就需要进行调整。如果碳棒伸出太长，压缩空气吹到熔池的力不足，就不能及时把熔化金属吹走，同时碳棒本身的烧损也大;相反，碳棒伸出太短，会引起操作不便，容易不刨槽偏，也容易使气刨枪与工件短路，造成电弧不稳和烧坏气刨枪。8，碳弧气刨操作

碳弧气刨操作特点是准、平、正。所谓“准”,就是槽的深浅要掌握准,刨槽的准线要看得准。操作时，眼睛要盯住准线。同时还要顾及刨槽的深浅。碳弧气刨时，由于压缩空气与工件的摩擦作用发出嘶嘶的响声。当弧长变化时，响声也随之变化。因此，可借响声的变化来判断和控制弧长的变化。若保持均匀而清脆的嘶嘶声，表示电弧稳定，能获得光滑而均匀的刨槽。

所谓“平”，就是手把要端得平稳，如果手把稍有上、下波动，刨削表面就会出现明显的凹凸不平。同时，还要求移动速度十分平稳,不能忽快忽慢。

所谓“正”，就是指碳棒夹持要端正。同时，还要求碳棒在移动过程中，除了与工件之间有一合适的倾角外，碳棒的中心线要与刨槽的中心线重合，否则刨槽形状不对称。操作技术(1)开始气刨前，要检查电源极性，根据碳棒直径选择并调节好电流。调节碳棒伸出长度至80~100mm。调节好出风口，使风口能对准刨槽。(2)刨削时，先打开气阀，随后引燃电弧，以免产生“夹碳”。在垂直位置气刨时，应由上向下移动，便于熔渣流出。操作技术(3)碳棒倾角按要求的槽深而定，刨削要求深，倾角就应大一些，一般可在45°左右为宜。(4)碳棒中心线应与刨槽中心线重合，否则刨槽形状不对称。操作技术(5)要保持均匀的创削速度，刨削均匀清脆的嘶嘶声表示电弧稳定，能得到光滑均匀的刨槽。每段刨槽衔接时，应在弧坑上引弧，防止触伤刨槽或产生凹痕。(6)刨削结束时，应先断弧，过几秒再停气，使碳棒冷却。常用金属材料的碳弧气刨1．低碳钢的碳弧气刨低碳钢气刨后，在刨槽表面会产生一层硬化层，其深度约为0.54~0.72mm并随工艺参数的变化而变化，但最深部超过1mm。表面硬化层是由于处于高温的表层金属被迅速冷却后造成，而不是由于渗碳的结果。根据化学分析，当基本金属含碳星为0.20%~0.24%时，该硬化层的含碳星仅为0.19%~0，22%。因此，在正常操作的情况下，并不发生渗碳现象，所以对碳弧气刨后的低碳钢进行焊接，并不影响焊接质量。2．不锈钢的碳弧气刨不锈钢碳弧气刨时，气泡产生的金属飞溅———熔渣，其含碳星可高达1.3%，但很快被压缩空气吹走。黏附在刨槽边缘的熔渣其含碳量也能高达1.2%，但只要在气刨后认真做好刨槽边缘的清理工作，并不影响焊接质量。气刨后的不锈钢表面，其渗碳层的深度一般仅在0．02~0.05mm之间，最深处也不超过0.11mm，且渗碳层还是继续的熔化金属，所以碳弧气刨对不锈钢的渗碳作用是极其微小的。2．不锈钢的碳弧气刨碳弧气刨对不锈钢切割面有热作用，但因弧柱下形成的高温液态金属很快地被吹走，不再继续对切割面起加热作用，所以实际上碳弧气刨的热影响区比焊条电弧焊来得小，在正常的操作工艺参数下，热影响区只有1mm左右。2．不锈钢的碳弧气刨由上所述，碳弧气刨对不锈钢的渗碳和热作用都是很小的，因此对不锈钢的抗晶间腐蚀性能没有什么影响。曾进行过试验，试件材料是18-8型不锈钢钢板，焊条牌号是奥102，电源采用AX1-500型直流弧焊机，碳棒为直径5mm的镀铜碳棒。将试件进行对接焊，先正焊两层，再在反面清根，然后在反面焊1~2层。2．不锈钢的碳弧气刨试样的腐蚀试验按“T”法的规定进行。清理焊根采用两种办法:一种是碳弧气刨，气刨后，一部分试样用不锈钢钢丝刷将气刨面清理干净后施焊，另一部分试样，用砂轮打磨干净气刨面后再施焊;另一种是风铲清根，然后进行施焊。3．碳弧气刨常见的缺陷夹碳。刨削速度太快或碳棒送进速度过猛，使碳棒头部碰到铁水或未熔化的金属上，电弧就会因短路而熄灭。由于温度很高，当碳棒再往前送或向上提起时，头部脱落，并粘在未熔化的金属上，就成为“夹碳”缺陷。3．碳弧气刨常见的缺陷

产生夹碳后，在夹碳处电弧就不能再引燃，于是阻碍了气刨的继续进行。此外，夹碳处还形成一层硬脆的且不易清除的碳化铁(含碳量达6.7%)。对这种缺陷必须注意防止和清除，否则焊后易出现气孔和裂纹。清除方法是在缺陷前端引弧，将夹碳处连根—起刨掉。3．碳弧气刨常见的缺陷粘渣。碳弧气刨时，吹出来的铁水叫渣，它的表面是一层氧化铁，内部是含碳星很高的金属。如果渣粘在刨槽的两侧，即所谓粘渣。粘渣主要由于压缩空气压力太小引起，但刨削速度与电流配合不当，刨削速度太慢亦容易产生粘渣，这在大电流时更为明显。其次，碳棒对焊件的倾角太小时也容易引起粘渣。粘渣可用扁铲清除。3．碳弧气刨常见的缺陷刨槽不正和深浅不匀。碳棒歪向槽的─侧就会引起刨槽不正。碳棒运动时上、下波动会引起刨槽的深度不匀。3．碳弧气刨常见的缺陷刨偏。刨削时往往由于碳棒偏离预定目标而刨偏。因此，创削时一定要将注意力集中在目标线上。碳弧气刨速度大约比弧焊快2~4倍，技术不熟练就容易刨偏。刨偏与所使用的气刨枪的结构也有一定关系。例如，采用带有长方槽的圆周送风式和侧面送风式枪，均不易将渣吹到正前方，也就是不妨碍视线。3．碳弧气刨常见的缺陷铜斑。采用表面镀铜的碳棒时，有时因镀铜质量不好而铜皮成块剥落。剥落的铜皮呈熔化状态，在刨槽表面形成铜斑点。只要在焊前用钢丝刷将