浅谈低碳钢碳弧气刨

浅谈低碳钢碳弧气刨

作者：李义田

来源：《价值工程》2013年第27期

摘要： 本文简要介绍了碳弧气刨的特点、工艺参数及其影响，并且介绍了低碳钢碳弧气刨时的操作要领。

Abstract： This article briefly introduces the characteristics， processing parameters and

influences of carbon arc air gouging. The operation essential points of low-carbon steel carbon arc air gouging are also introduced.

关键词： 碳弧气刨；极性；碳棒

Key words： carbon arc air gouging；polarity；carbon rod

中图分类号：TG444 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0033-02 0 引言

碳弧气刨是利用在碳棒与工件之间产生的电弧热将金属熔化，同时用压缩空气将这些熔化金属吹掉，从而在金属上刨削出沟槽的一种热加工工艺，是一种常见的金属热加工手段，广泛用于造船、化工、锅炉等加工领域。 1 碳弧气刨的特点

①生产效率高；采用碳弧气刨比风铲可提高生产率4倍，在仰位和垂直位置时，优越性更大。②改善了劳动强度，与风铲相比没有震耳的噪声，劳动强度小。③使用灵活方便、有利于保证质量：它可在较窄小的位置施工，尤其在返修焊缝时，便于观察焊接缺陷。 2 工艺参数及其影响

2.1 极性 由于碳弧气刨一般都采用直流电源，经验证明极性对不同材料的气刨过程的稳定性和质量的影响是有所不同的。常用金属材料碳弧气刨时的极性：钢采用直流反极性；铸铁和铜及铜合金采用正极性，即气刨钳接负极，工件接正极；铝及铝合金气刨时采用正极性或反极性；而不锈钢气刨时，则采用直流反极性。

2.2 碳棒直径与电流 碳棒直径是根据本刨削金属厚度来选择。被刨削钢板厚度增加时，碳棒直径也需增大。因为当工件厚度增大时，起散热则越快，为了加快金属的熔化和刨削速度，所以电流也需相应增大。不同形状碳棒的电流选用可根据下列经验公式选取：I=（30～50）d

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式中：I——刨削电流（A）；d——碳棒直径（mm）。

此外，碳棒的直径还与刨槽宽度有关，通常碳棒直径应比刨槽宽度小2mm左右。 2.3 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，刨削速度太快会造成碳棒与金属相碰，使碳粘在刨槽的顶端，形成所谓“夹碳”的缺陷。刨削速度增大，刨槽深度见效，一般刨削速度0.5～1.2m/min较合适。

2.4 压缩空气的压力 压缩空气的压力高，能迅速地吹走液体金属使碳刨过程顺利进行，常用的压缩空气压力为0.4～0.6Mpa。压缩空气的压力主要是根据电流的大小而定。压缩空气的水分应适当控制，水分和油分过多会使刨槽表面质量变坏。

2.5 电弧长度 碳刨时，电弧的长度约在1～2mm为宜。电弧过长，引起操作不稳定，甚至熄弧，因此操作时要尽量保持短弧，这样可以提高生产效率，还可以提高碳棒的利用率；但电弧过短，又容易引起“夹碳”缺陷。此外，在刨削过程中，电弧长度变化应尽量小，以保证得到均匀的刨槽尺寸。

2.6 碳棒倾角 碳棒与刨件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角。倾角的大小影响刨槽的深度，倾角增大槽深增加，碳棒倾角一般为25°～45°。

2.7 碳棒伸出长度 碳棒从钳口到电弧端的长度叫伸出长度。碳棒伸出长度越长，钳口离电弧越远，压缩空气吹到熔池的风力就不足，不能顺利地将熔化金属吹走；伸出长度越长，碳棒的电阻增加，烧损也就越快。但伸出长度太短，会引起操作不方便。操作实验证明，碳棒一般伸出长度为80～100mm较合适。当碳棒烧剩到20～30mm时，应进行调整。 3 低碳钢的碳弧气刨的操作要领

清除工件表面污垢后，调节好压缩空气的出口和压力，使风口正好对准碳棒的后侧，调整好刨削位置及姿势后便可开始刨削。

3.1 引弧 引弧的操作与手工电弧焊的引弧方法相类似。由于焊机短路电流很大，引弧前应先送风冷碳棒，否则碳棒很快会被烧红，而此时钢板处于冷态来不及熔化，很容易造成夹碳。对引弧处的槽深要求不同，引弧阶段运行的轨迹也不一样。如要求引弧处的槽深与整个槽的深度相同时，只将碳棒向下给进，暂时不往前运行，待刨到要求的槽深时，再将碳棒平稳地向前移动。如果允许开始时槽浅一些，则碳棒一边往前移动，一边往下送进。

3.2 正常气刨过程 引弧以后，控制电弧长度在1～3mm之内。碳棒与工件之间的倾角根据要求的槽深而定，刨深槽时，倾角应大些。碳棒移动过程中，为保证槽出的槽光洁，既不能作横向摆动，也不能作前后往复摆动。刨削一段长度后，碳棒因损耗而变短，需停弧调整碳棒的伸出长度。此时，不应停止送风，以便维持碳棒继续冷却，这样，既可避免重新引弧时不出现夹碳，也可以减少碳棒损耗。对碳弧气刨操作总的要求是准、平、正。所谓准，就是槽的深浅

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要掌握准，刨槽的准线要看的准。操作时，眼睛要始终盯住准线，不得刨偏，同时还要顾及到刨槽的深浅。碳弧气刨时，由于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，可借助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响声，表示电弧稳定，能获得光华而均匀的刨槽。所谓平，就是把手要端平稳，如果手上稍有上、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。如果一次刨槽不够宽，可以增大碳棒直径，也可以重复再刨几次。在需要刨深槽时，为刨得准，有时先沿准线刨一条浅槽，然后再沿这条浅槽往深刨。每段刨槽衔接时，应在原来的刨坑上引弧，防止触伤刨槽或产生严重凹陷。排渣时，通常采用使压缩空气吹偏一点的刨削方式，把大部分渣翻到槽的外侧，但决不能吹向操作者所在位置的一侧，否则会引起烧伤。偏吹量也不能太多，否则会使侧面的渣堆太多太厚，散热困难而引起粘渣，因此只要稍微偏吹一点即可。掌握得好，不仅大部分渣向前翻，一小部分渣向外侧翻，而且，清渣时也很容易打掉。刨槽尺寸的控制既要注意手法，又要注意碳棒倾角。对一般不大深的槽，手法要轻快。如12～16mm厚钢板只要求刨4～6mm深度的焊根时，可以采用较大的电流（300～500A）和较大的刨削速度（1.5～1.6m/s），这样不仅电能得到充分利用，而且碳棒的烧损也不太严重，得到的刨槽底部是圆形的，槽表面光滑，熔渣容易清除。碳棒的倾角大时，刨槽较窄小，倾角小时，刨槽较宽，宽槽和窄槽之间约差2mm。在12mm厚的钢板上，用8mm的圆形碳棒刨U形槽时，可以一次刨成。当操作过程中发现有夹碳、粘渣、铜斑等缺陷时，应及时采取措施排除缺陷，并对局部凹坑进行必要的补焊。有夹碳时，应在缺陷的前端引弧，然后将夹碳处刨掉；有粘渣时，应及时用扁铲将粘渣铲除；有铜斑时，应及时用钢丝刷刷净。

3.3 收弧 收弧的主要问题是防止熔化的铁水留在刨槽里。若不把熔化的铁水吹净，焊接时容易引起弧坑缺陷。因此，碳弧气刨收弧时要先断弧，过几秒钟后，再把气门 关闭。

3.4 清渣 碳弧气刨工作结束后应用扁头（或尖头）手锤及时将熔渣清除干净，以便下一步焊接工作的进行。 4 小结

低碳钢采用碳弧气刨开坡口或挑焊根后，刨槽表面会有一硬化层，其厚度约为0.54～0.72mm，并随工艺参数的变化而变化，但最深不超过1mm。硬化层是由于处于高温的表层金属被急冷后而造成的，而不是渗碳的结果。据化学分析，当基本金属含碳量为0.20%～0.24%时，硬化层仅为0.19%～0.22%。因此在正常操作情况下，并不发生渗碳现象，所以对碳化气刨后的低碳钢进行焊接，并不影响焊接质量。 参考文献：

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