碳弧气刨和切割

碳弧气刨和切割

一、原理

碳弧气刨是利用碳棒与工件间经通电后产生电弧，使工件局部熔化，同时用压缩空气将熔化金属吹掉，从而在工件表面刨削出沟槽的金属表面加工方法（沟槽沿工件厚度逐层刨削至工件厚度，则呈现为切割现象）其工作原理示意图如图所示：

图1 碳弧气刨示意图

二、特点

（1）与风铲或砂轮加工沟槽相比，效率高，噪音低，空间位置的可操作性强，劳动强度低。

（2）碳弧气刨与气割的原理完全不一样，故而不但适用于低合金钢的气刨与切割，而且还适用于高合金钢、有色金属及其合金的气刨与切割，

（3）在清除焊缝或铸件缺陷时，在电弧下可清楚地观察到缺的形状和深度，有利于缺陷的根除，且刨削面光洁铮亮，见图。

（4）采用自动碳弧气刨时，刨槽的精度高、稳定性好，刨槽平滑均匀，刨削速度可达手工刨削速度的五倍，而且碳棒消耗量也少。

（5）碳弧气刨时烟雾较大、噪音较大、粉尘污染和弧光辐射强，操作不当易引起槽道增碳，焊后焊缝中易产生气孔和裂纹。

三、应用

（1）焊缝清焊根工作。

（2） 返修焊件时，可使用碳弧气刨消除焊接缺陷（挖出）。 （3）利用碳弧气刨开坡口（特别是V、U型坡口） （4）清除铸件毛刺、飞边、浇冒口及铸件中的缺陷。

（5）可切割低碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铝及铝合金、铜及铜合金等。 （6）切割不锈钢中、薄板 （7）在板材工件上打孔。 （8）刨削焊缝表面的余高。

四、碳弧气刨类型

碳弧气刨用的碳棒又称碳焊条、碳电极或碳精棒。

碳棒有直流圆形碳棒、直流半圆形碳棒、直流圆形空心碳棒、直流矩形碳棒、直流连接式圆形碳棒及交流圆形有芯碳棒等形式（所有碳棒外层镀铜0.3-0.4mm）。圆形碳棒主要用于焊缝清根，开坡口，清理焊缝缺陷等。矩形（扁）碳棒主要用于刨除焊件上的残留的焊疤，临时焊缝，焊缝余高或焊瘤，也可作为切割之用。

碳棒型号表示方法如下： （1）圆形碳棒型号为：

B X XX

表 表 表

示 示 示 碳 棒 碳 棒 碳 棒

弧 直 气 径 刨 （mm）

（2）矩形（扁）碳棒型号为：

B X XX

表 表 表 示 示 示 碳 棒 碳 棒 碳 棒

厚 宽 度 度

在型号后面有的附加字母，其字母含义： （1）末尾带“K”，表示直流圆形空心碳棒。

（2）末尾带“L” 表示直流连接式圆形碳棒。 （3）末尾带“J”，表示直流圆形有芯碳棒。

五、碳弧气刨工艺参数 1、电源极性

碳弧气刨一般采用功率较大，具有陡降外特性的直流焊机，常选用直流反接（工件接负极），这样电弧稳定，并可使碳钢和合金钢液态金属因渗碳而熔点降低，流动性增加，刨槽宽窄均匀，表面光洁，极性的选择参见表。

2、电流与碳棒直径

碳弧气刨所用碳棒规格与工作电流列于表，也可参照下列经验公式选取。 I=（30——50）d 式中I——气刨电流（A） d——碳棒直径（mm）

电流对刨槽的尺寸影响很大，对一定规格的碳棒，如电流过小，则电弧不稳，易产生“夹碳”缺陷；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，形成“铜斑”缺陷，若造成碳棒熔化，将使刨槽表面严重渗碳。正常电流下，碳棒发红长度为25mm，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） φ3×355 φ4×355 φ5×355 φ6×355 φ7×355 φ8×355 φ10×355 φ12×355 150—180 150—200 150—250 180—300 200—350 250—400 400—550 450—600 断面形状 规格（mm） 适用电流（A） 3×12×355 5×10×355 5×12×355 5×15×355 5×18×355 5×20×355 5×25×355 6×20×355 200—300 300—400 350—450 400—500 450—550 500—600 550—600 550—600 圆形 扁形

一般刨槽的宽度比碳棒直径大2-4mm，刨槽深度约为碳棒直径的0.7倍为宜。

2、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0.5—1.2m/min较合适。

3、压缩空气压力

当压缩空气压力低于0.4Mpa时，刨槽表面会残留一层富碳层，刨槽表面粗糙，常用的压力的为0.4-0.6Mpa。压缩空气所含水、测量应予以限制。

4、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。一般电弧长度以1—2mm为宜。

a) 碳棒伸出长度

碳棒从钳口到电弧端的长度为伸出长度（又称外伸长）（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80—100 mm，当烧损到30 —40mm后就要进行调整。

b) 碳棒倾角

碳棒与工件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角一般取25度-45度，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。手工碳弧气刨采用45度左右为宜。

C)碳棒剩余长度

碳棒总长度为355mm，在使用中碳棒剩余总长度低于50—80mm时易导致刨枪烧损或绝缘外套烧损现象，碳棒剩余过长时会产生不必要的浪费。

六、碳弧气刨常见缺陷及排除措施 1、夹碳

刨削速度过快或碳棒送进过速，使碳棒端部与熔化金属或未熔化金属短路，电弧熄灭，碳棒粘在未熔化的金属上，便产生“夹碳”缺陷。若不清除，随后焊接时易产生气孔和裂纹。

为此，需提高操作工作的操作技能，以“夹碳”缺陷应使用砂轮或重新气刨以彻底清除干净。

2、粘渣

刨削速度过慢，使熔化金属量增多，压缩空气不易将其吹除干净，这部分形成的渣，容易粘在刨槽两侧而形成“粘渣”。当刨削时，倾向过小，熔渣被吹到电弧前面，得不到压缩空气的及时冷却、吹除，也会形成“粘渣”。随后焊接时易产生气孔。

发生“粘渣”后，可用钢丝刷、砂轮等工具将其清除。

3、刨槽尺寸和形状不规则

碳弧气刨操作过程中，由于操作不当会造成刨槽歪斜，深浅不匀，甚至刨偏等缺陷。 提高操作技能是克服上述缺陷的最好办法。操作中要保持刨削速度和碳棒送进速度均匀；碳棒与工件时间倾角要稳定；操作过程要注意力集中，使碳棒及侧面送风时的风口始终对正预定的刨削线路进行刨削。

4、铜斑

铜斑碳棒表面镀铜皮成块剥落，熔化后集中熔化到刨槽表面某处而形成“铜斑”。焊接后，该部位含铜量剧增，可能引起烛缝裂纹。

产生“铜斑”的原因是镀铜质量差，碳棒工作电流太大。为此，应选用质量好的镀铜碳棒及推荐的工作电流。可用钢丝刷、砂轮或重新气刨来清除“铜斑”。

七、基本操作

1、气刨前准备工作 1）检查气刨枪是否完好

2）检查导气管是否通畅，导气管不得有漏气现象

3）检查导电夹头、碳棒嘴头，对漏气及损坏的部件进行修理或更换

4）检查电源极性是否正确（一般刨枪接正极、工件接负极），选择碳棒直径，调解好电流

5）检查压缩空气压力，控制在0.49Mpa以上

6）操作前穿戴好防护服、保护前、防护罩，注意周围的环境，防止起火或烫伤他人 7）在容器内操作时，必须采取通气、通风及排除烟尘等措施，在封闭容器内作业时，不得少于2人

8） 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

80—100mm。检查压缩空气管路和调节压力，调正风口并使其对准刨槽。

2、引弧 引弧时，应先缓慢打开气阀，随后引燃电弧，否则易产生“夹碳”和碳棒烧红。电弧引燃瞬间，不宜拉的过长，以免熄灭。 3、 刨削

1）

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。

2）

刨削过程中，碳棒不应横向摆动或前后往复移动，只能沿刨削方向作直线运动。

3） 4）

碳棒倾角按槽深要求而定，倾角可为25°-- 45。

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。

5） 6）

在垂直位置气刨时，应由上向下移动，以便焊渣流出。

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。

7）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。

8）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。 b) 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

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