第四章 碳弧气刨讲解.docx

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第四章碳弧气刨讲解

第四章碳弧气刨

教学目标：

掌握碳弧气刨工作原理、工艺特点及应用范围，正确选择工艺参数；能够对低碳钢、低合金结

构钢、不锈钢进行正确的刨削操作，并对铸铁及有色金属进行碳弧切割。

教学重、难点：

碳弧气刨工作原理、工艺特点及应用范围，正确选择工艺参数，对低碳钢、低合金结

构钢、不锈钢进行正确的刨削操作，并对铸铁及有色金属进行碳弧切割。

课时：

7课时

第一课时

教学过程：

一、组织教学

二、导入新课

（一）碳弧气刨的基本原理

（1）碳弧气刨是利用碳棒与金属工件之间产生的电弧高温，将金属工件局部熔化，并利用压缩空气流将熔化金属吹掉，从而在工件上加工出刨槽的一种工艺方法，如图所示。

图碳弧气刨原理示意图

1—碳棒2—碳弧气刨钳3—压缩空气4—电弧5—工件

（2）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，如下图：

图1碳弧气刨示意图

（二）碳弧气刨与其他切割方法的比较（引导学生复习归纳）

1、机械切割

砂轮切割

2、氧乙炔气割

（二）应用范围

1.焊缝挑焊根工作中。

2.利用碳弧气刨开坡口，尤其是U型坡口。

3.返修焊件时，可使用碳弧气刨消除焊接缺陷（挖出）。

4.清除铸件表面的毛边、飞刺、冒口和铸件中的缺陷。

5.切割不锈钢中、薄板

6.在板材工件上打孔。

7.刨削焊缝表面的余高。

三、巩固小结

四、布置作业

1.碳弧气刨原理

2.碳弧气刨的特点

第二课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

1.碳弧气刨原理

2.碳弧气刨的特点

3.碳弧气刨应用范围。

三、导入新课

1.碳弧气刨的工艺参数（主要）

a）碳棒规格及适用电流（表1）

电流对刨槽的尺寸影响很大，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。

正常电流下，碳棒发红长度为25mm，电流小则容易产生夹碳现象。

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）

断面形状

规格（mm）

适用电流（A）

圆形

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

扁形

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

新型侧面送风碳弧气刨钳如图所示。

图新型碳弧气刨钳示意图

1—碳棒2—风孔3—角度可调钳口（导电嘴）4—空气开关5—卡紧手柄6—电缆紧固螺钉7—电缆接口8—压缩空气接头

电风合一软管

新式的电风合一的软管如图所示。

1—弹簧管

2—外附加钢丝3—夹线胶管4—多股导线

图电风合一软管

b）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。

c）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。

d）碳棒伸出长度

碳棒从钳口到电弧端的长度为伸出长度（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—100mm，当烧损到20—30mm后就要进行调整。

碳棒伸出长度示意图

5.碳棒倾角

碳棒与工件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角，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。

碳棒的倾角一般为25°--45°

碳棒倾角

6.碳棒直径与板厚的关系见表

碳棒直径一般比所要求的刨槽宽度小2～4mm为佳。

7.压缩空气压力

一般要求压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。

8.电弧长度

操作时要尽量采用短弧，一般弧长约l～2mm。

9.刨削速度

一般刨削速度为0.5～1.2m／min较合适。

三、巩固小结

四、布置作业

碳弧气刨的工艺参数有哪些？

第三课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

碳弧气刨的工艺参数

三、导入新课

碳弧气刨基本操作

a）准备工件刨削前应先检查电源的极性是否正确（一般刨枪接正极、工件接负极）。

检查电缆及气管是否接好。

并根据工件厚度、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。

b）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。

c）刨削

i.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。

ii.刨削过程中，碳棒不应横向摆动和前后往复移动，只能沿刨削方向作直线运动。

iii.碳棒倾角按槽深要求而定，倾角可为25°--45。

iv.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。

v.在垂直位置气刨时，应由上向下移动，以便焊渣流出。

vi.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。

vii.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。

viii.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。

四、巩固小结

五、布置作业

1.碳弧气刨如何引弧？

2.碳弧气刨时如何刨削？

第四课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

1.碳弧气刨如何引弧？

2.碳弧气刨时如何刨削？

三、导入新课

a）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

b）碳弧气刨工艺规范

1.  主题内容与适用范围

本规范规定了手工和自动碳弧气刨工艺及操作应遵守的规则。

本规范适用于低碳钢和低合金钢的碳弧气刨，用于清根、开U型坡口、清除焊接接头缺陷等。

2.碳弧气刨的电极材料

（1）应选用碳弧气刨专用的碳棒，且符合有关要求。

（2）碳棒断面一般为圆形。

  （3）当用于自动碳弧气刨时，应选用可连接（螺纹或锥体连接）的碳棒。

当第一根碳棒被消耗时，另一根可以迅速而方便地接上，保证操作连续而不中断。

  （4）碳棒在保管时应保持干燥。

使用前如发现碳棒受潮，应经烘干后使用，烘干温度为120℃左右，保温2小时。

3.碳弧气刨枪

  应选用侧向送风的碳弧气刨枪，以保证金属熔渣的清除。

4.电源

  碳弧气刨必须采用直流电源，手工碳弧气刨应采用陡降外特性的直流电源。

自动碳弧气刨，根据控制模式，可采用陡降外特性或平特性的直流电源。

  碳弧气刨一般所需电流较大，连续工作时间长，故应选用功率较大的直流焊机。

若选用硅整流焊机作电源时，尤应防止超载，以确保金属熔渣的清除。

  （5）碳弧气刨电源极性的选用根据材质而定，一般碳钢、合金钢选用直流反接。

5.压缩空气

（1）碳弧气刨用的压缩空气必须清洁干燥，必要时应采取过滤装置。

（2）碳弧气刨用的压缩空气应有足够的压力和流量。

常用的压力为0.4~0.6MPa，流量为0.85~1.7m3/min。

四、巩固小结

五、布置作业

1.碳弧气刨焊缝返修时如何刨削缺陷？

2.碳弧气刨的电极材料有哪些要求？

3.碳弧气刨对压缩空气有哪些要求？

第五课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

1.碳弧气刨焊缝返修时如何刨削缺陷？

2.碳弧气刨的电极材料有哪些要求？

3.碳弧气刨对压缩空气有哪些要求？

三、导入新课

碳弧气刨前的准备

  1.清理工作场地，在10m范围内应无易燃、易爆物品。

  2.碳弧气刨前应作如下检查：

（1）电源线及接地（焊件）线连接应牢固。

自动碳弧气刨时，信号（电弧电压）线应可靠地接在焊件上。

（2）气路连接应可靠、畅通、无泄漏现象。

仪表完好。

    （3）采用自动碳弧气刨时，小车导轨与焊件气刨线应平行。

    （4）当气刨环缝时，液轮架运转应可靠，且不跑偏。

    （5）碳弧气刨的电源极性、碳棒直径、气刨电流、行走速度、压缩空气的压力及碳棒的伸出长度等应符合工艺要求。

  3.对于需要预热的材料，在气刨前应按相应的焊接工艺要求进行预热。

4.碳弧气刨操作要求

（1）自动碳弧气刨按操作说明书进行，当一切准备就绪，在按下启动按钮后，除连接碳棒需手动外，一切均自动进行，直至气刨结束时按下停止按钮。

（2）手工碳弧气刨按下列要求进行操作。

    1）将碳棒夹持在碳弧气刨枪上，碳棒伸出长度一般为80~100mm，当烧至30~40mm时，应将碳棒重新夹持到伸出长度。

     2）应先送风后引弧，防止引弧时产生夹碳现象。

     3）电弧长度应保持在1~2mm。

     4）碳棒与焊件夹角一般为25°~40°。

     5）引弧后的气刨速度应稍慢一点，待金属材料被充分加热后再调至正常气刨速度。

     6）气刨结束后应先熄弧后断气，以使碳棒冷却。

  7）气刨结束后应彻底清除刨槽及其两侧的氧化皮、粘渣、飞溅等附着物。

四、巩固小结

五、布置作业

1.手工碳弧气刨按进行操作应注意事项？

2.碳弧气刨前应作哪些检查？

第六课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

1.手工碳弧气刨按进行操作应注意事项？

2.碳弧气刨前应作哪些检查？

三、导入新课

A.工艺参数

（1）手工碳弧气刨时，主要按碳棒直径选用电流（见表1）：

表1

规格（mm）      Φ8      Φ9      Φ10      Φ12

电流（A）      400~430      450~500      500~550      550~600

（2）自动碳弧气刨时，除电流外，还有行走速度、电弧电压等。

B.检查

（1）气刨槽应无夹碳、粘渣、铜斑及裂纹等缺陷，否则应及时清除。

（2）自动气刨刨槽尺寸允许偏差：

     宽度允差≤1mm、深度允差≤1±0.5mm、刨槽中心相对焊缝中心的偏移≤1mm。

  （3）手工气刨刨槽尺寸允许偏差：

宽度允差≤2mm、深度允差≤2±1mm、刨槽中心相对焊缝中心的偏移≤2mm。

C.安全事项

（1）操作者应穿戴好必要的劳动保护用品。

（2）碳弧气刨时不准用氧气代替压缩空气。

  （3）不允许把碳弧气刨枪浸在水中冷却。

  （4）工作场地应通风良好，尤其是在容器内操作时，必须加强通风，排除烟尘。

D.碳弧气刨的工艺参数

1.炭棒直径炭棒直径通常根据钢板的厚度选用，但也要考虑刨槽宽度。

炭棒直径越大，刨槽越宽。

一般炭棒直径应比所要求的刨槽宽度小2～4mm。

2.电源极性碳索钢和低合金钢碳弧气刨时，一般采用直流反接（DCRP），即工件接负极，炭棒接正极。

采用直流反接碳弧气刨时，熔化金属的碳含量高达1.44%，而正接时碳含量为0.38%。

碳含量较高的熔化金属的流动性好，凝固温度较低。

因此反接时刨削过程稳定，电弧发出“刷刷”声，刨槽宽窄一致，光洁明亮。

若极性接错，电弧不稳且发出断续的“嘟嘟”声。

3.刨削电流刨削电流根据炭棒规格和刨槽尺寸选用。

对于一定直径的炭棒，如果电流较小，电弧不稳定，易产生夹碳缺陷；适当增大电流可提高刨削速度、刨槽表面光洁。

实际应用中一般选用较大的电流，但电流过大时，炭棒头部过热而发红，镀铜层易脱落，炭棒烧损快，甚至炭棒熔化满入槽道内，使槽道严重渗碳。

正常电流下的炭棒发红长度约为25mm。

4.刨削速度刨削速度对刨槽尺寸、表面质量和刨削过程的稳定性有一定的影响。

刨削速度应与电流大小和刨槽深度（或炭棒与工件间的夹角）相匹配。

刨削速度太快，易造成炭棒与工件接触，使碳凝结在刨槽的顶端，造成短路、形成夹碳缺陷。

一般刨削速度为0.5～1.2m/min。

5.压缩空气压力压缩空气的压力直接影响刨削速度和刨槽质量。

压力太小，熔化金属吹不掉，刨削很难进行。

压力低于0.4MPa时，不能进行刨削。

压缩空气压力高对刨削有利。

电流较小时，压缩空气压力过高易使电弧不稳，甚至熄弧。

碳弧气刨常用的压缩空气压力为0.4—0.6MPa。

应清除压缩空气所含水分和油，可在压缩空气的管路中加过滤装置，以保证刨削质量。

6.炭棒伸出长度与电弧长度炭棒伸出长度指炭棒从气刨钳口导电处至电弧始端的长度。

手工碳弧气刨时，炭棒伸出长度大，压缩空气的喷嘴离电弧远，电阻增大，碳弧易发热，炭棒烧损较大。

而且造成风力不足，不能将熔渣顺利吹除，炭棒也易折断。

一般炭棒外伸长为80—100mm。

随着炭棒烧损，炭棒的外伸长不断减少，当外伸长减少到20～30mm时，应将外伸长重新调整至80—100mm。

碳弧气刨操作时，电弧长度过长会引起电弧不稳，甚至造成熄弧。

机械操作时电弧长度以1～2mm为宜，并尽量保持短弧。

这样可以提高生产效率，也可提高炭棒的利用率。

电弧太短时，容易引起“夹碳”缺陷。

弧长变化应尽量小，以保证得到均匀的刨削尺寸。

7.炭棒与工件间的夹角炭棒与工件间的夹角口主要影响刨槽深度和刨削速度。

夹角增大，刨削深度增加，刨削速度减小。

一般手工碳弧气刨的夹角为45°—60°。

四、巩固小结

五、布置作业

碳弧气刨工艺参数有哪些?

第七课时

教学过程：

一、组织教学

二、复习旧知识

碳弧气刨工艺参数有哪些?

三、导入新课

复习思考题

1.碳弧气刨的基本原理是什么？

2.碳弧气刨工艺的主要设备、工具有哪些？

3.碳弧气刨的特点是什么？

4.碳弧气刨的应用范围有哪几方面？

5.碳弧气刨的主要工艺参数有哪些？

6.低合金结构钢碳弧气刨时应注意什么？

7.不锈钢碳弧气刨时应注意什么？

8.碳弧气刨工艺的危害是什么？

9.碳弧气刨工艺的安全防护有哪些措施？