碳弧氣刨原理、特點(diǎn)和應(yīng)用

碳弧氣刨原理、特點(diǎn)和應(yīng)用一、碳弧氣刨的定義二、碳弧氣刨的原理三、碳弧氣刨的特點(diǎn)四、碳弧氣刨的設(shè)備五、碳弧氣刨的工藝及應(yīng)用一、碳弧氣刨的定義碳弧氣刨是利用碳棒和金屬工件之間產(chǎn)生的電弧熱將工件局部加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)借助壓縮空氣流的動(dòng)力把熔融金屬吹除，實(shí)現(xiàn)刨削或切斷金屬的一種工藝方法。二、碳弧氣刨的原理碳弧氣刨是利用碳極和金屬之間產(chǎn)生的高溫電流，把金屬局部加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)利用壓縮空氣的高速氣流把這些熔化金屬吹掉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬母材進(jìn)行刨削和切割的一種加工工藝方法.如圖8-28所示。三、碳弧氣刨的特點(diǎn)如下:

⑴

碳弧氣刨比采用風(fēng)鏟可提高生產(chǎn)率10倍,在仰位或豎位進(jìn)出時(shí)更具有優(yōu)越性。

(2)與風(fēng)鏟相比，在開坡口及挑焊根時(shí)，可以提高工效4倍以上，尤其是在開U形坡口時(shí)，效果更加顯著。

(3)與風(fēng)鏟相比，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少噪聲，提高勞動(dòng)條件，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

(4)與氧氣切割相比，能切割氧氣切割難以切割的材料，如不銹鋼、鑄鐵、銅和鋁等。(5)

在對(duì)封底焊進(jìn)行碳弧氣刨挑焊根時(shí)，易發(fā)現(xiàn)細(xì)小缺陷，并可克服風(fēng)鏟由于位置狹窄而無法使用的缺點(diǎn)。(6)

碳弧氣刨也有一些缺點(diǎn):如產(chǎn)生煙霧，噪聲較大,粉塵污染，弧光輻射等。(7)工具設(shè)備簡單，操作方便，最適合于金屬缺陷的清除工作。碳弧氣刨的缺點(diǎn)是氣刨過程中會(huì)產(chǎn)生煙塵，對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)操作者健康有一定影響，并且需要采用功率較大的直流電源，費(fèi)用較高。四、碳弧氣刨設(shè)備

碳弧氣刨設(shè)備由電源、氣刨槍、碳棒、電纜氣管和空氣壓縮機(jī)組成。

碳弧氣刨一般采用具有陡降外特性的直流弧焊電源，由于氣刨時(shí)碳棒不熔化，負(fù)載持續(xù)率較大，而使用的電流又較大。因此，應(yīng)選用功率較大的弧焊整流器和弧焊發(fā)電機(jī),如常用的有ZX5-630、ZX-500型整流弧焊機(jī)和AX1-500型弧焊發(fā)電機(jī)等。

碳弧氣刨的工具是碳弧氣刨槍，氣刨槍的作用是夾持碳棒、傳導(dǎo)電流和輸送壓縮空氣。它有側(cè)面送風(fēng)式氣刨槍和圓周送風(fēng)式氣刨槍兩種。如圖所示為側(cè)面送風(fēng)式碳弧氣刨槍，它的特點(diǎn)是送風(fēng)孔在鉗口附件的一側(cè)，工作時(shí)壓縮空氣從這里噴出，氣流恰好對(duì)準(zhǔn)碳棒的后側(cè)，將熔化的鐵水吹走，從而達(dá)到刨槽或切割的目的。碳棒在碳弧氣刨時(shí)作為電極，用作傳導(dǎo)電流和引燃電弧。對(duì)碳棒的要求是耐高溫、導(dǎo)電性良好和不易開裂。常用的是鍍銅實(shí)芯碳棒，鍍銅的目的是更好地傳導(dǎo)電流。外形有圓碳棒和扁碳棒兩種，圓碳棒主要用于在焊縫反面挑焊根、清焊根;扁碳棒刨槽較寬，可以用于來坡口、刨焊瘤或切割大量金屬的場合。空氣壓縮機(jī)和空氣導(dǎo)管，碳弧氣刨所需的壓縮空氣的壓力范圍0.4~0.8MPa，由空氣壓縮機(jī)或集中式供氣管道供氣，然后由空氣導(dǎo)管輸送至氣刨槍，較新式的是氣電合一的碳弧氣刨軟管，類型有彈簧管；附加鋼絲；夾線膠管；多股導(dǎo)線五、碳弧氣刨工藝

碳弧氣刨的工藝參數(shù)主要有電源極性、碳棒直徑與刨削電流、刨削速度、壓縮空氣壓力、碳棒伸出長度、碳棒傾角、電弧長度等。1．電源極性碳弧氣刨時(shí)，電源的極性根據(jù)被刨金屬材料來確定。碳弧氣刨一般都采用直流反極性,但鑄鐵和銅及銅合金采用直流正極性,這樣刨削過程穩(wěn)定，刨槽光滑。2．碳棒直徑與刨削電流

碳棒直徑根據(jù)被刨削金屬的厚度來選擇。被刨削的金屬越厚，碳棒直徑越大。刨削電流對(duì)刨槽的尺寸影響較大。電流大，則槽寬增加，槽深也增加，且槽深的增加更為顯著。增大刨削電流，還可以提高刨削速度才能獲得較光滑的刨槽，因此一般采用較大的電流。但在返修焊縫缺陷時(shí)，若采用大電流就會(huì)使刨削速度和刨槽深度都增加，不利于發(fā)現(xiàn)缺陷，因此刨削電流應(yīng)偏低一些。2．碳棒直徑與刨削電流

刨削電流與碳棒直徑成正比關(guān)系，一般可根據(jù)下面經(jīng)驗(yàn)公式選擇刨削電流:l=KD式中l(wèi)————刨削電流，A;K————系數(shù)，其值為35~50;D———碳棒直徑，mm圓形斷面形狀，規(guī)格Φ3×355（mm），適用電流150——180（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ4×355（mm），適用電流150——200（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ5×355（mm），適用電流150——250（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ6×355（mm），適用電流180——300（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ7×355（mm），適用電流200——350（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ8×355（mm），適用電流250——400（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ10×355（mm），適用電流400——550（A）圓形斷面形狀，規(guī)格Φ12×355（mm），適用電流450——600（A）扁形斷面形狀，規(guī)格3×12×355（mm），適用電流200——300（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×10×355（mm），適用電流300——400（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×12×355（mm），適用電流350——450（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×15×355（mm），適用電流400——500（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×18×355（mm），適用電流450——550（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×20×355（mm），適用電流500——600（A）扁形斷面形狀，規(guī)格5×25×355（mm），適用電流550——600（A）扁形斷面形狀，規(guī)格6×20×355（mm），適用電流550——600（A）2．碳棒直徑與刨削電流碳棒的直徑，可根據(jù)被刨板的厚度進(jìn)行選擇。被刨板越厚，選用的碳棒直徑越大。碳棒直徑還與刨槽寬度有關(guān)，刨槽越寬，碳棒直徑應(yīng)增大，一般碳棒直徑應(yīng)比刨槽的寬度小2～4mm左右。2．碳棒直徑與刨削電流不同板厚選用的碳棒直徑鋼板厚度3碳棒直徑一般不刨鋼板厚度4~6

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

刨削速度對(duì)刨槽尺寸和表面質(zhì)量都有一定的影響。創(chuàng)削速度太快，使刨槽的深度變淺、寬度變窄。如果刨削速度太快，不僅使刨槽的寬度和深度達(dá)不到要求，而且容易使碳棒與前端金屬相碰造成短路，形成夾碳缺陷。一般刨削速度為0.5一1.2m/min較合適。4．壓縮空氣的壓力壓縮空氣的作用是用來吹走易熔化的金屬。壓縮空氣壓力高，刨削有力，能立即把熔化的金屬吹掉。因此，適當(dāng)?shù)奶岣邏嚎s空氣壓力，能夠提高壓縮空氣壓力，能夠提高刨削速度。常用的壓縮空氣壓力為0．4~0.8MPa。且刨削電流增大時(shí)，壓縮空氣的壓力也應(yīng)相應(yīng)增加。電流與壓縮空氣的壓力之間的關(guān)系見表8-17。5．電弧長度電弧長度對(duì)氣刨的表面質(zhì)量影響很大。電弧過長，引起操作不穩(wěn)定，甚至熄弧。因此操作時(shí)要求盡量保持短弧,這樣可以提高生產(chǎn)率，還可以提高碳棒的利用率，但電弧太短，又容易引起“夾碳”缺陷。因此，一般弧長約1~2mm。在刨削過程中弧長應(yīng)盡量保持不變，以保證刨槽尺寸均勻。6．碳棒傾角

碳棒與刨件沿刨槽方向的夾角稱為碳棒傾角。碳棒與工件的傾角大小，主要影響刨槽的深度。傾角增大，使刨槽的深度增大，寬度變小;相反，傾角減小，則使刨槽深度變淺，寬度增加。碳棒的傾角一般為25°一45°，碳棒傾角與刨槽深度有關(guān)，碳棒傾角與刨槽深度的關(guān)系如下：6．碳棒傾角碳效傾角25°創(chuàng)槽深度2.5碳效傾角30°創(chuàng)槽深度3.0碳效傾角35°創(chuàng)槽深度4.0碳效傾角40°創(chuàng)槽深度5.0碳效傾角45°創(chuàng)槽深度6.0碳效傾角50°創(chuàng)槽深度7.0-8.07．碳棒伸出長度碳棒從鉗口導(dǎo)電嘴到電弧端的長度稱為碳棒的伸出長度。創(chuàng)削時(shí)，碳棒伸出長度應(yīng)為80~100mm，當(dāng)碳棒燒損20~30mm后，就需要進(jìn)行調(diào)整。如果碳棒伸出太長，壓縮空氣吹到熔池的力不足，就不能及時(shí)把熔化金屬吹走，同時(shí)碳棒本身的燒損也大;相反，碳棒伸出太短，會(huì)引起操作不便，容易不刨槽偏，也容易使氣刨槍與工件短路，造成電弧不穩(wěn)和燒壞氣刨槍。8，碳弧氣刨操作

碳弧氣刨操作特點(diǎn)是準(zhǔn)、平、正。所謂“準(zhǔn)”,就是槽的深淺要掌握準(zhǔn),刨槽的準(zhǔn)線要看得準(zhǔn)。操作時(shí)，眼睛要盯住準(zhǔn)線。同時(shí)還要顧及刨槽的深淺。碳弧氣刨時(shí)，由于壓縮空氣與工件的摩擦作用發(fā)出嘶嘶的響聲。當(dāng)弧長變化時(shí)，響聲也隨之變化。因此，可借響聲的變化來判斷和控制弧長的變化。若保持均勻而清脆的嘶嘶聲，表示電弧穩(wěn)定，能獲得光滑而均勻的刨槽。

所謂“平”，就是手把要端得平穩(wěn)，如果手把稍有上、下波動(dòng)，刨削表面就會(huì)出現(xiàn)明顯的凹凸不平。同時(shí)，還要求移動(dòng)速度十分平穩(wěn),不能忽快忽慢。

所謂“正”，就是指碳棒夾持要端正。同時(shí)，還要求碳棒在移動(dòng)過程中，除了與工件之間有一合適的傾角外，碳棒的中心線要與刨槽的中心線重合，否則刨槽形狀不對(duì)稱。操作技術(shù)(1)開始?xì)馀偾埃獧z查電源極性，根據(jù)碳棒直徑選擇并調(diào)節(jié)好電流。調(diào)節(jié)碳棒伸出長度至80~100mm。調(diào)節(jié)好出風(fēng)口，使風(fēng)口能對(duì)準(zhǔn)刨槽。(2)刨削時(shí)，先打開氣閥，隨后引燃電弧，以免產(chǎn)生“夾碳”。在垂直位置氣刨時(shí)，應(yīng)由上向下移動(dòng)，便于熔渣流出。操作技術(shù)(3)碳棒傾角按要求的槽深而定，刨削要求深，傾角就應(yīng)大一些，一般可在45°左右為宜。(4)碳棒中心線應(yīng)與刨槽中心線重合，否則刨槽形狀不對(duì)稱。操作技術(shù)(5)要保持均勻的創(chuàng)削速度，刨削均勻清脆的嘶嘶聲表示電弧穩(wěn)定，能得到光滑均勻的刨槽。每段刨槽銜接時(shí)，應(yīng)在弧坑上引弧，防止觸傷刨槽或產(chǎn)生凹痕。(6)刨削結(jié)束時(shí)，應(yīng)先斷弧，過幾秒再停氣，使碳棒冷卻。常用金屬材料的碳弧氣刨1．低碳鋼的碳弧氣刨低碳鋼氣刨后，在刨槽表面會(huì)產(chǎn)生一層硬化層，其深度約為0.54~0.72mm并隨工藝參數(shù)的變化而變化，但最深部超過1mm。表面硬化層是由于處于高溫的表層金屬被迅速冷卻后造成，而不是由于滲碳的結(jié)果。根據(jù)化學(xué)分析，當(dāng)基本金屬含碳星為0.20%~0.24%時(shí)，該硬化層的含碳星僅為0.19%~0，22%。因此，在正常操作的情況下，并不發(fā)生滲碳現(xiàn)象，所以對(duì)碳弧氣刨后的低碳鋼進(jìn)行焊接，并不影響焊接質(zhì)量。2．不銹鋼的碳弧氣刨不銹鋼碳弧氣刨時(shí)，氣泡產(chǎn)生的金屬飛濺———熔渣，其含碳星可高達(dá)1.3%，但很快被壓縮空氣吹走。黏附在刨槽邊緣的熔渣其含碳量也能高達(dá)1.2%，但只要在氣刨后認(rèn)真做好刨槽邊緣的清理工作，并不影響焊接質(zhì)量。氣刨后的不銹鋼表面，其滲碳層的深度一般僅在0．02~0.05mm之間，最深處也不超過0.11mm，且滲碳層還是繼續(xù)的熔化金屬，所以碳弧氣刨對(duì)不銹鋼的滲碳作用是極其微小的。2．不銹鋼的碳弧氣刨碳弧氣刨對(duì)不銹鋼切割面有熱作用，但因弧柱下形成的高溫液態(tài)金屬很快地被吹走，不再繼續(xù)對(duì)切割面起加熱作用，所以實(shí)際上碳弧氣刨的熱影響區(qū)比焊條電弧焊來得小，在正常的操作工藝參數(shù)下，熱影響區(qū)只有1mm左右。2．不銹鋼的碳弧氣刨由上所述，碳弧氣刨對(duì)不銹鋼的滲碳和熱作用都是很小的，因此對(duì)不銹鋼的抗晶間腐蝕性能沒有什么影響。曾進(jìn)行過試驗(yàn)，試件材料是18-8型不銹鋼鋼板，焊條牌號(hào)是奧102，電源采用AX1-500型直流弧焊機(jī)，碳棒為直徑5mm的鍍銅碳棒。將試件進(jìn)行對(duì)接焊，先正焊兩層，再在反面清根，然后在反面焊1~2層。2．不銹鋼的碳弧氣刨試樣的腐蝕試驗(yàn)按“T”法的規(guī)定進(jìn)行。清理焊根采用兩種辦法:一種是碳弧氣刨，氣刨后，一部分試樣用不銹鋼鋼絲刷將氣刨面清理干凈后施焊，另一部分試樣，用砂輪打磨干凈氣刨面后再施焊;另一種是風(fēng)鏟清根，然后進(jìn)行施焊。3．碳弧氣刨常見的缺陷夾碳。刨削速度太快或碳棒送進(jìn)速度過猛，使碳棒頭部碰到鐵水或未熔化的金屬上，電弧就會(huì)因短路而熄滅。由于溫度很高，當(dāng)碳棒再往前送或向上提起時(shí)，頭部脫落，并粘在未熔化的金屬上，就成為“夾碳”缺陷。3．碳弧氣刨常見的缺陷

產(chǎn)生夾碳后，在夾碳處電弧就不能再引燃，于是阻礙了氣刨的繼續(xù)進(jìn)行。此外，夾碳處還形成一層硬脆的且不易清除的碳化鐵(含碳量達(dá)6.7%)。對(duì)這種缺陷必須注意防止和清除，否則焊后易出現(xiàn)氣孔和裂紋。清除方法是在缺陷前端引弧，將夾碳處連根—起刨掉。3．碳弧氣刨常見的缺陷粘渣。碳弧氣刨時(shí)，吹出來的鐵水叫渣，它的表面是一層氧化鐵，內(nèi)部是含碳星很高的金屬。如果渣粘在刨槽的兩側(cè)，即所謂粘渣。粘渣主要由于壓縮空氣壓力太小引起，但刨削速度與電流配合不當(dāng)，刨削速度太慢亦容易產(chǎn)生粘渣，這在大電流時(shí)更為明顯。其次，碳棒對(duì)焊件的傾角太小時(shí)也容易引起粘渣。粘渣可用扁鏟清除。3．碳弧氣刨常見的缺陷刨槽不正和深淺不勻。碳棒歪向槽的─側(cè)就會(huì)引起刨槽不正。碳棒運(yùn)動(dòng)時(shí)上、下波動(dòng)會(huì)引起刨槽的深度不勻。3．碳弧氣刨常見的缺陷刨偏。刨削時(shí)往往由于碳棒偏離預(yù)定目標(biāo)而刨偏。因此，創(chuàng)削時(shí)一定要將注意力集中在目標(biāo)線上。碳弧氣刨速度大約比弧焊快2~4倍，技術(shù)不熟練就容易刨偏。刨偏與所使用的氣刨槍的結(jié)構(gòu)也有一定關(guān)系。例如，采用帶有長方槽的圓周送風(fēng)式和側(cè)面送風(fēng)式槍，均不易將渣吹到正前方，也就是不妨礙視線。3．碳弧氣刨常見的缺陷銅斑。采用表面鍍銅的碳棒時(shí)，有時(shí)因鍍銅質(zhì)量不好而銅皮成塊剝落。剝落的銅皮呈熔化狀態(tài)，在刨槽表面形成銅斑點(diǎn)。只要在焊前用鋼絲刷將