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1、碳弧气刨安全技术一、碳弧气刨原理利用石墨棒或碳极与工件间产生的电弧将金属熔化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加上沟槽的方法叫碳弧气刨。碳弧气刨可以用来挑焊根、开坡口、返修焊缝缺陷及切割铸铁和不锈钢等。与其他表面加工和切割方法比较，碳弧气刨具有如下优点：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。与风铲相比，能减轻劳动强度，减少噪声，提高劳动条件。与风铲相比，在刨除焊缝缺陷时，操作者可直接用肉眼观察是否被刨净，焊补后的合格率很高。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。工具设备简单，操作方便，最适合于金属缺陷的
2、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。二、碳弧气刨的设备和材料1 .电源碳弧气刨应采用具有下降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，所以就选用功率较大的电源，常用的有ZX5-630、ZX-500型整流弧焊机和AXl-500型弧焊发电机等。2 .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，常用的有焊钳式气刨枪、扁碳棒气刨枪和圆周送风式气刨枪。类型有焊钳式气刨枪惇；圆周送风式气刨枪；扁碳棒式气刨枪3 .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.
3、40.8MPa,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4 .碳棒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。三、碳弧气刨工艺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。一般碳钢、普通低合金钢采用直流反接;铸铁、铜及其合金多采用直流正接。2 .刨削电流及碳棒直
4、径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。不同宜径的碳棒刨削电流的选择，也可以根据卜.面的经验公式进行计算：I=KD个式中：I刨削电流，A;K系数，其值为3550;D碳棒直径，mm。碳棒的宜径，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。不同板厚选用的碳棒直径，钢板厚度3钢板厚度一般不刨钢板厚度46碳棒直径4钢板厚度68碳棒直径56钢板厚度8-12碳棒直径
5、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10碳棒直径的大小还与所要求的刨槽宽度有关，一般碳棒直径应比所要求的槽宽小24mm3 .刨削速度刨削速度对刨槽尺寸及表面质量都产生一定的影响。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0.5L2mmmin较合适。4 .压缩空气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O.40.
6、8MPa,5 .电弧长度电弧长度对气刨的表面质量影响很大。当弧长超过了3mm时，电弧很不稳定，甚至发生熄瓠。因此，操作时应尽量采用短弧，这样不仅使气刨能顺利进行，而且可以提高生产率和电极的利用率。但电弧太短，容易引起“夹碳”的缺陷，一般弧长约l2mm.在刨削过程中瓠长应尽量保持不变，以保证刨槽尺寸均匀。6 .碳棒与工件的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。碳棒倾角与刨槽深度有关，碳棒倾角与刨槽深度的关系如下。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
7、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 .碳棒的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，如图8.5所示。创削时，碳棒伸出长度应为80100mm,当碳棒烧损2030mm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 .操作技术开始气刨前，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80100mmo调节好出风口，使风口能对准刨槽。刨削时，先打开气阀，随后引燃
8、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。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。碳棒中心线应与刨槽中心线重合，否则刨槽形状不对称。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。刨削结束时，应先断弧，过几秒再停气，使碳棒冷却。（四）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0540.72mm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
9、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019%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。碳
10、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Imm左右。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AXl-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，然后在反面焊广2层。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
11、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，电瓠就会因短路而熄灭。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。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，将夹碳处连根一起刨掉。（2粘渣。碳弧气刨时，吹出来的铁水叫渣，它的表面是一层氧化
12、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。刨槽不正和深浅不匀。碳棒歪向槽的一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。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24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。铜
13、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铜斑刷干净，就可避免母材的局部渗铜。如不注意清理，铜进入焊缝金属的量达到一定数值后，便会引起热裂纹。（五）安全技术在雨雪天和大风天不得进行露天气刨和切割。）露天作业时，应尽可能顺风向操作，防止被吹散的铁水及熔渣烧伤。并注意场地的防火。在容器或舱室内部作业时，内部尺寸不能过于狭小，而且必须加强通风，以便排除烟尘，而且要求两人以上。气刨时使用的电流较大，应注意防止电源过载或长时间连续使用而发热。操作地点的防火距离要大于一般电焊、气割作业的防火距离。为了防止火灾和降低烟尘，气刨普通碳钢时，可采用水雾电弧气刨法，即在碳棒周围喷射出适量的水雾，以熄灭飞溅的火花和降低烟尘。此时应注意气刨枪不能漏水，以防触电。更换或移动热碳棒时，必须由上往下插入夹钳内。严禁用手抓握引弧端，以防炽热的碳棒烧焦手套或烫伤手掌。
