碳弧气刨

碳弧气刨

使用焊接技术制造金属结构时，必须先将金属切割成符合要求的形状，有时还需要刨削各种坡口，清焊根及清除焊接缺陷。虽然对金属进行切割和刨削的方法多种多样，然而应用电弧热切割和刨削金属具有显著的诸多优点，因而被广泛应用。实际上，电弧切割与电弧气刨的工作原理、电源、工具、材料及气源完全一样，不同之处仅仅在于具体操作略有不同。可以认为电弧气刨是电弧切割的一种特殊形式。

一、碳弧气刨的原理特点及应用

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。

1.碳弧气刨的特点：

a.与用风铲或砂轮相比，效率高，噪音小，并可减轻劳动强度。

b.与等离子弧气刨相比，设备简单压缩空气容易获得且成本低。

c.由于碳弧气刨是利用高温而不是利用氧化作用刨削金属的，因而不但适用于黑色金属，而且还适用于不锈钢，铝、铜等有色金属及其合金。

d.由于碳弧气刨是利用压缩空气把熔化金属吹去，因而可进行全位置操作；手工碳弧气刨的灵活性和可操作性较好，因而在狭窄工位或可达性差的部位，碳弧气刨仍可利用。

e.在清除焊缝或铸件缺陷时，被刨削面光洁铮亮，在电弧下可清楚地观察到缺陷的形状和深度，故有利于清除缺陷。

f.碳弧气刨也具有明显的缺点，如产生烟雾、噪声较大、粉尘污染、弧光辐射、对操作者的技术要求高。

2．碳弧气刨的应用

a.清焊根

b.开坡口，特别是中、厚板对接坡口，管对接U形坡口。

c.清除焊缝中的缺陷。

d.清除铸件的毛边、飞刺、浇铸口及缺陷。

二、碳弧气刨的设备及材料

碳弧气刨系统由电源、气刨枪、碳棒、电缆气管和压缩空气源等组成。

1电源：

碳弧气刨一般采用具有陡降外特性且动特性较好的手工直流电弧焊机作为电源。由于碳弧气刨一般使用的电流较大，且连续工作时间较长，因此，应选用功率较大的焊机。使用工频交流焊接电源进行碳弧气刨时，由于电流过零时间较长会引起电弧不稳定，故在实际生成中一般并不使用。

2气刨枪

碳弧气刨的电极夹头应导电性良好、夹持牢固，外壳绝缘及绝热性能良好，更换碳棒方便，压缩空气喷射集中而准确，重量轻和使用方便。碳弧气刨枪就是在焊条电弧钳的基础上，增加了压缩空气的进

气管和喷嘴而制成。碳弧气刨枪有侧面送气和圆周送气两种类型。 3碳棒

碳棒是由碳、石墨加上适当的粘合剂，通过挤压成形，烘烤后镀一层铜而制成。碳棒主要分圆碳棒、扁碳棒三种，其中圆碳棒最常用。对碳棒的要求是耐高温，导电性良好，不易断裂，使用时散发烟雾及粉尘少。

三、碳弧气刨工艺

工艺参数及其影响

1电源极性

碳弧气刨一般采用直流反接（工件接负极）。这样电弧稳定，熔化金属的流动性较好，凝固温度较低，因此反接时刨削过程稳定，电弧发出连续的刷刷声，刨槽宽窄一致，光滑明亮。若极性接错，电弧不稳且发出断续的嘟嘟声。

2电流与碳棒直径

电流与碳棒直径成正比关系一般可参照下面的经验公式选择电流：

电流与碳棒直径的关系：D I )50~30(

对于一定直径的碳棒，如果电流较小，则电弧不稳，且易产生夹碳缺陷；适当增大电流，可提高刨削速度刨槽表面光滑、宽度增大。在实际应用中，一般选用较大的电流，但电流过大时，碳棒烧损很快，甚至碳棒熔化，造成严重渗碳。碳棒直径的选择主要根据所需要的刨槽宽度而定，碳棒直径越大，则刨槽越宽。一般碳棒直径应比所要求

的刨槽宽度小2～4mm。

3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。刨削速度须与电流大小和刨槽深度（或碳棒与工件间的夹角）相匹配。刨削速度太快，易造成碳棒与金属短路、电弧熄灭，形成夹碳缺陷。一般刨削速度为0.5~1.2m/min左右为宜。

4压缩空气压力

压缩空气的压力会直接影响刨削速度和刨槽表面质量。压力高，可提高刨削速度和刨削表面质量。压力低，则造成刨槽表面粘渣一般要求压缩空气的压力为0.4~0.6MPa。压缩空气所含水分和油分可通过在压缩空气的管路中加过滤装置予以限制。

5碳棒的外伸长

碳棒从导电嘴到碳棒端点的长度为外伸长，手工碳弧气刨时，外伸长大，压缩空气的喷嘴离电弧就远，造成风力不足，不能将熔渣顺利吹掉，而且碳棒也容易折断。一般外伸长为80～100mm为宜。随着碳棒烧损，碳棒的外伸长不断减少，当外伸长减少至20～30mm时，应将外伸长重新调至80～100mm。

6碳棒与工件的夹角

碳棒与工件间的夹角α大小，主要会影响刨槽深度和刨削速度。夹角增大，则刨削深度增加，刨削速度减小。一般手工碳弧气刨采用交角450左右为宜。

四、常见的缺陷及排除措施

1夹碳

刨削速度和碳棒送进速度不稳，造成短路熄弧，碳棒粘在未熔化的金属上，易产生夹碳缺陷。夹碳缺陷处会形成一层含碳量高达6.7%硬脆的碳化铁。若碳残存在坡口中焊后易产生气孔和裂纹。

排除措施：夹渣主要是操作不熟练造成的，因此应提高操作技术水平。在操作过程中要细心观察，及时调整刨削速度和碳棒送进速度。发生夹碳后，可用砂轮、风铲或重新用气刨将夹碳部份清除干净。

2粘渣

碳弧气刨吹出的物质俗称为渣。它实质上主要是氧化铁和碳化铁等化合物，容易粘在刨槽的两侧而形成粘渣，焊接时容易形成气孔。

排除措施：粘渣的主要原因是压缩空气压力偏小。发生后可用钢丝刷、砂轮或风铲等工具将其清除。

3铜斑

碳棒表面的铜皮成块剥落，熔化后集中熔敷到刨槽表面某处而形成铜斑。焊接时，该部位焊缝金属的含铜量可能增加很多而引起热裂纹。

排除措施：碳棒镀铜质量不好、电流过大都会造成铜皮成块剥落而形成铜斑。因此，应选用好的碳棒和选择合适的电流。发生铜斑后，可用钢丝刷、砂轮或重新用气刨将铜斑清除干净。

4刨槽尺寸和形状不规则

在碳弧气刨操作过程中，有时会产生刨槽不正，深浅不均匀甚至刨偏的缺陷。

排除措施：产生这种缺陷的主要原因是操作技术不熟练，因此应从以下几个方面改善操作技术：a.保持刨削速度和碳棒送进速度稳定；b.在刨削过程中，碳棒的空间位置尤其是碳棒夹角应合理且保持稳定；c.刨削时应集中注意力，使碳棒对准预定刨削路径。在清焊根时，应将碳棒对准装配间隙。

五、低碳钢及合金钢的碳弧气刨

1低碳钢

可采用碳弧气刨对低碳钢清焊根、清除焊缝缺陷和加工坡口。一般刨槽表面有一深度为0.54~0.72mm的硬化层，但它基本上不影响焊接接头的性能。这是因为焊前可用钢丝刷或砂轮对刨槽表面进行清理，而在随后的焊接中，又将这层硬化层熔化了。

2不锈钢

可采用碳弧气刨对不锈钢清焊根、清除焊缝缺陷和加工坡口。对不锈钢进行碳弧气刨后按下述原则和图所示顺序进行焊接，不会影响不锈钢的抗晶间腐蚀性能。

介质接触面气刨槽

（1～5）－各层焊道的焊接顺序

1）先在介质接触面的一侧进行底层焊接，以便在非介质接触面的一侧清焊根，并避免碳弧气刨的飞溅物对介质接触面的损伤。

2)尽量采用不对称的X形坡口，而介质接触面一侧的坡口较大，以使碳弧气刨槽远离介质接触面。

3)与介质接触表面的焊缝最后施焊，以保证焊缝的抗腐蚀性。

为了防止碳弧气刨对不锈钢抗晶间腐蚀性能的影响，将不锈钢的刨槽表面用砂轮磨削干净以后，再进行焊接。对于接触强腐蚀介质的超低碳不锈钢，不允许使用碳弧气刨清焊根，而应采用砂轮磨削。

Q345和Q390钢

可采用碳弧气刨对Q345和Q390钢清焊根、清除焊缝缺陷和加工坡口。对焊前要求预热的合金钢，应在预热的情况下进行碳弧气刨。其预热温度等于或略高于焊前预热温度。某些对冷裂纹十分敏感的高强合金钢厚板，不宜采用碳弧气刨。

六、自动碳弧气刨

自动碳弧气刨的优点:

a.气刨小车和碳棒送进机构可自动控制、无级调速。

b.刨槽的精度高、稳定性好。

c.刨槽平滑均匀、刨槽边缘变形小。

d.刨削速度比手工退火气刨速度高五倍左右。

e.碳棒消耗量比手工碳弧气刨少。

七、碳弧水气刨

碳弧气刨产生的烟雾和粉尘，严重污染环境，影响工人的身体健康，特别是在密闭的容器内操作，情况更为恶劣，采用一般的通风措施都不能解决问题。为了控制碳弧气刨引起的烟雾和粉尘污染，根据

水喷雾可以消烟灭尘的道理，有些工厂应用了碳弧水气刨供水器是提供水雾的装置，其结构如图。压缩空气经管道1与容器连通，水经进水管3注入容器2内，水面达到H高度（低于出气管4的阀门，就有压缩空气从出气管排出。再打开出水管5的阀门，就有压力水从出水管喷出。若同时打开4和5，压缩空气和压力水经过三通接头6混合，从而喷出压缩空气和水雾。调节出气管4的阀门和出水管5的阀门，可改变风量及水雾的大小。当供水器内的水面高度低于h时，就喷不出水雾。因水在工作中呈雾状，消耗量较少，一次灌注可用数日

碳弧水气刨的关键，在于制造合理的供水器，以获得均匀弥散的水雾。但还必须注意压缩空气与压力水混合的三通管接头6，应该使它尽可能地靠近气刨枪（一般在10mm以内）这样才能保证气刨枪喷出挺拔的水雾。

将碳弧气刨枪稍作改造即可作为碳弧水气刨枪。

碳弧水气刨对材料组织的影响

碳弧水气刨时，水雾主要作用是除尘，也对工件有一定的冷却作用，这种冷却作用对材料组织和性能没有大的影响。对Q345（16Mn）、15CrMo和1Cr18Ni9Ti钢所做试验结果表明，采用碳弧气刨或碳弧水气刨时，其刨槽表面的金相组织没有明显的差别。

对于刨坡口的焊接过程中也会被重新熔化，因而对焊缝性能没有明显影响。

空气压缩机供水器电源气刨枪工件

碳弧气刨使用的范围及要点

一、 气刨使用的范围

1.允许使用碳棒的情况

1.1全熔透焊缝背面清根时需要使用碳弧气刨；

1.2焊缝内部缺陷返修，需要使用碳弧气刨；

1.3焊缝封口时可以使用气刨，对焊道适当修理；

1.4衬条等临时支撑物的去除；

1.5无法气割的开槽；

1.6工艺允许的其它情况；

2.不允许使用碳棒的情况

2.1厚度8mm 以上的钢板拼接必须按要求进行坡口，不允许使用碳棒进行气刨坡口；

2.2构件坡口时，坡口角度要按工艺要求坡口到位，不允许再使用气刨进行返修坡口；

2.3装配或组立时，坡口间隙要按工艺进行预留，不允许再使用气

刨进行返修；

二、碳棒的使用要求

1.对于全熔透焊缝如果采用气保焊打底的工艺，需要清根，预留钝边0~1mm即可；如果采用埋弧焊焊接，预留钝边5~6mm；

2.对于焊缝的清根一律采用5~8mm的碳棒；如果需要对焊缝进行返修，缺陷深度超过30mm时，可采用直径为8~10mm的碳棒进行返修；

3. 碳棒与工件的夹角

4.碳弧气刨的工艺参数

三、碳弧气刨的操作要点

1.碳弧气刨操作工

1.1从事碳弧气刨的工人应经过培训合格。

1.2 碳弧气刨工应熟悉所使用的设备，并能够正确操作。

2．碳弧气刨前的准备

2.1 清理工作场地，在10m范围内应无易燃、易爆物品。

2.2碳弧气刨前应作如下检查：

2.2.1 电源线及接地（焊件）线连接应牢固。自动碳弧气刨时，电

弧电压线应可靠地接在焊件上。

2.2.2 气路连接应可靠、畅通、无泄漏现象，仪表完好。

2.2.3 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。

2.3.4 对于工艺规定需要预热的材料，在气刨前应按相应的工艺要

求进行预热。

3．碳弧气刨的操作要求

3.1.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。

3.2如产生夹碳、铜斑时应清除和打磨干净

3.3应先送风后引弧，防止引弧时产生夹碳现象。

3.4气刨结束后应先熄弧后断气，以使碳棒冷却。彻底清除刨槽及其两侧的氧化皮、粘渣、飞溅等附着物，工艺要求需要对坡口打磨的须按要求打磨。

四、检查

4.1 气刨槽应无夹碳、粘渣、铜斑及裂纹等缺陷，否则应及时清除。

4.2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。

五、安全事项

5.1 操作者应穿戴好必要的劳动保护用品，尤其是戴上耳塞。

5.2 碳弧气刨时不准用氧气代替压缩空气。

5.3不允许把碳弧气刨枪浸在水中冷却。

5.4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。

碳弧气刨表面处理试验总结

一、试验目的及意义

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。

碳弧气刨具有以下的特点：

1.与用风铲或砂轮相比，效率高，噪音小，并可减轻劳动强度。

2.由于碳弧气刨是利用高温而不是利用氧化作用刨削金属的，因

而不但适用于黑色金属，而且还适用于不锈钢、铝、铜等有色

金属及其合金。

3.由于碳弧气刨是利用压缩空气把熔化金属吹去，因而可进行全

位置操作；手工碳弧气刨的灵活性和可操作性较好，因而在狭

窄工位或可达性差的部位，碳弧气刨仍可使用。

4.在清除焊缝或铸件缺陷时，被刨削面光洁铮亮，在电弧下可清

楚地观察到缺陷的形状和深度，故有利于清除缺陷。

5.碳弧气刨也具有明显的缺点，如产生烟雾、噪音较大、粉尘污

染、弧光辐射、对操作者的技术要求高。

本次试验是通过运用碳弧气刨方法，对精品铸件（如高压内缸、喷嘴室等）的外表面和其他非机加工表面进行处理，刨削掉1mm左右的厚度，除去铸件表面的氧化膜，使铸件露出金属光泽，有利于铸件打磨及探伤，缩短铸件清理的工时，提高铸件表面缺陷的一次检出率，降低生产周期及工人劳动强度，提高铸件的表面质量，从而提高铸件的经济效益。

二、试验的主要内容

随着科技的不断进步，客户对铸件产品的品质要求不断提高。我厂用ZG1Cr10MoVNbN和ZG15Cr2Mo1等合金钢种生产的铸件，存在的裂纹，气孔等表面缺陷问题比较突出。针对我厂这一实际问题，我技术人员进行研究，进行了碳弧气刨表面处理试验，试验依托我厂现有的生产条件，随生产进度进行，结果真实可信，实用性强。具体试验内容为：

1.对铸件的质量问题进行分析，研究气刨表面处理的可行性。

2.针对精品铸件进行现场实际操作，分析碳弧气刨表面处理的效

果。

3.综合分析，制定适合企业生产的碳弧气刨表面处理的操作规

范。

三、试验及结果分析

铸件质量问题