如何正确操作平板碳弧气刨？

任务描述

1.理解碳弧气刨的原理，了解碳弧气刨的特点以及应用。

2.认识碳弧气刨设备。

3.能合理选择碳弧气刨工艺参数。

4.掌握碳弧气刨操作技术。

任务分析

本任务主要涉及碳弧气刨的特点及应用，以及碳弧气刨设备、碳弧气刨工艺参数等知识点，并使学生通过碳弧气刨操作训练来完成碳弧气刨的学习任务。

相关知识

一、碳弧气刨的特点及应用

碳弧气刨是利用碳电极（即碳棒）与工件间产生的电弧热将金属局部熔化，同时借助压缩空气的气流将其吹除，实现在金属表面上加工沟槽的方法，如图9-5所示。

图9-5 碳弧气刨示意图

1—碳棒 2—气刨枪夹头 3—压缩空气 4—工件 5—电弧

L—碳棒伸出长度 α—碳棒与工件的夹角

碳弧气刨与风铲切削比较，具有生产效率高、噪声小、操作方便等优点，因此在造船、锅炉、压力容器等金属结构制造部门应用广泛。

利用碳弧气刨可以进行焊缝清根、背面开槽和各种形式的坡口加工，还可以用它刨掉焊缝中的缺陷，并可进行切割，如切割铸件的浇冒口、毛刺，以及切割不锈钢、铜、铝等金属材料。当前，除手工碳弧气刨外，自动碳弧气刨也开始在生产中应用。图9-6为碳弧气刨及切割工艺应用实例示意图。

图9-6 碳弧气刨及切割工艺应用实例示意图

a）开坡口及铲根（刨槽） b）去除缺陷 c）切割 d）清除表面 e）打孔 f）刨除余高

二、碳弧气刨的设备及工具

碳弧气刨的设备及工具主要包括碳弧气刨电源、碳弧气刨枪、电缆、气管及压缩空气源。图9-7为碳弧气刨的装置示意图。

图9-7 碳弧气刨的装置示意图

1—电源 2—碳棒 3—碳弧气刨枪 4—电缆 5—气管 6—工件

1.电源

碳弧气刨电源必须是具有陡降外特性、功率较大的直流弧焊电源。例如，ZX5—500型、ZD5—1000型等焊机可作为碳弧气刨电源，如图9-8所示。

2.碳弧气刨枪

碳弧气刨枪有侧面送风式和圆周送风式两种。图9-9a所示为侧面送风式碳弧气刨枪。它的特点是送风孔开在钳口附近，工作时压缩空气从这里喷出，气流恰好对准碳棒的后侧，将熔化的金属吹走，从而达到刨槽或切割的目的。图9-9b所示为圆周送风式碳弧气刨枪。它的特点是压缩空气沿碳棒四周喷流，既均匀又可冷却碳棒，并对电弧有一定的压缩作用，刨槽前端不堆积熔渣，便于看清刨槽位置。

图9-8 ZD5—1000型碳弧气刨电源

图9-9 碳弧气刨枪

a）侧面送风式碳弧气刨枪 b）圆周送风式碳弧气刨枪

碳弧气刨枪应具有良好的导电性，吹出的压缩空气集中而准确，碳棒电极夹持牢固且更换方便，外壳绝缘良好，重量较轻，体积小及使用方便等性能。

3.空气压缩机

压缩空气气源一般采用小型空气压缩机，如图9-10所示。有压缩空气机站的单位可用管道直接供气，要将气体压力控制在0.5～0.7MPa，同时要采取一定的措施，去除空气中的油分。

图9-10 小型空气压缩机

4.电缆气管

在进行碳弧气刨时，若同时采用电风合一的软管和电焊电缆线，则应有一个专用的接头。该接头的作用是：既要与来自电源的电缆线相连，又要与来自压缩空气气源的胶管相通，然后与电风合一的软管相接。若不采用电风合一的软管，则需将碳弧气刨枪的焊接电缆接头和空气胶管接头分别接到弧焊机电源输出端和气源导管接头端。

三、碳弧气刨的材料

碳棒用作碳弧气刨时的电极材料，应具有耐高温、导电性良好、电弧稳定、成本低等特点。碳棒由石墨、碳粉和黏结剂混合后经压制成形，然后进行石墨化处理并在表面镀铜（铜镀层厚度为0.3～0.4mm）。其断面形状多为圆形，用于焊缝的清根、开槽、清除焊接缺陷等。在刨宽槽或平面时，可采用矩形碳棒。碳弧气刨用碳棒如图9-11所示。

图9-11 碳弧气刨用碳棒

a）圆形碳棒 b）矩形碳棒

四、碳弧气刨工艺参数的选择

碳弧气刨工艺参数包括极性、碳棒直径、刨削电流、刨削速度、压缩空气压力、弧长、碳棒倾角和碳棒伸出长度等。它们对刨削过程与刨削质量有着直接影响。

1.极性

碳弧气刨大多采用直流反极性（刨削铸铁和铜及铜合金时采用正极性），这样熔化金属流动性好，刨削过程稳定，刨槽光滑。

2.碳棒直径与刨削电流

碳棒直径与刨削电流决定于被刨削工件的厚度。刨削电流主要影响刨槽的尺寸。当增大刨削电流时，槽宽和槽深均会增加，尤其使槽深显著增加。采用较大的刨削电流可提高刨削速度，并能获得较光滑的刨槽质量。碳棒直径除取决于被刨钢板的厚度（见表9-4）外，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2～4mm。针对不同直径的碳棒选用刨削电流时，可根据经验公式选取，即

I=（30～50）d

式中 I——刨削电流（A）；

d——碳棒直径（mm）。

表9-4 钢板厚度与碳棒直径的关系

3.刨削速度

刨削速度对刨槽尺寸、表面质量都有一定的影响。当刨削速度增大时，刨槽的深度变浅而宽度变窄。若刨削速度过大，则不仅刨槽的深度和宽度达不到要求，而且易使碳棒与前端金属相碰，使碳粘在刨槽的顶端，形成所谓的“夹碳”缺陷。通常，刨削速度以0.5～1.2m/min为宜。

4.压缩空气压力

当压缩空气压力高时，刨削有力，压缩空气能迅速吹走液体金属，使碳弧气刨过程顺利进行。常用的压缩空气压力为0.4～0.6MPa。压缩空气的压力主要根据刨削电流确定，刨削电流与压缩空气压力之间的关系见表9-5。

表9-5 刨削电流与压缩空气压力之间的关系

5.弧长

在碳弧气刨过程中，弧长变化应尽量小，以1～2mm为宜。这样，碳棒可得到充分的利用，提高生产率，并保证得到均匀的刨槽尺寸。

若碳弧气刨时电弧过长，则会引起操作不稳定，甚至熄弧；若电弧太短，则容易引起“夹碳”缺陷。

6.碳棒倾角

图9-12 碳棒倾角

碳棒与工件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角。碳棒倾角影响刨槽的深度，碳棒倾角增大时槽深增加。碳棒倾角一般为25°～45°，如图9-12所示。

7.碳棒伸出长度

碳棒从钳口到电弧端的长度为伸出长度。碳棒伸出长度越大，钳口离电弧就越远，压缩空气吹到熔池的风力也就越不足，从而不能顺利地将熔化的金属吹走；碳棒伸出长度越大，碳棒电阻增加的就越多，碳棒烧损也就越快。但碳棒伸出长度太小会引起操作不方便。操作经验证明，碳棒伸出长度为80～100mm较合适。当碳棒烧损到长度为20～30mm时，应进行调整。

任务准备

1）焊机：AX7—500型或ZX5—500型。

2）碳棒：镀铜圆形实心碳棒，直径为8mm，长度为355mm。

3）工件：Q235钢，尺寸为300mm×200mm×12mm。

4）工具：碳弧气刨枪、焊接面罩及辅助工具。

5）工件表面清理：将钢板表面的油污、锈迹等彻底清理干净。

6）用石笔沿工件纵向每间隔30mm画一条刨削轨迹线。

任务实施

平板碳弧气刨工件图如图9-13所示。

图9-13 平板碳弧气刨工件图

1.确定碳弧气刨工艺参数

平板碳弧气刨工艺参数见表9-6。

表9-6 平板碳弧气刨工艺参数

2.引弧

碳弧气刨的引弧方法与焊条电弧焊的引弧方法类似。

对引弧处的槽深要求不同，引弧阶段碳棒运行的轨迹也就不一样，如图9-14所示。当要求引弧处的槽深与整个槽的深度相同时，应按图9-14a所示将碳棒向下进给，暂时不往前运行，在刨到要求的槽深后再将碳棒平稳地向前移动。如果允许开始时的槽深浅一些，则将碳棒一边往前移动，一边往下送进，如图9-14b所示。

(www.xing528.com)

图9-14 碳弧气刨引弧时，碳棒的运动方式

a）要求引弧处槽深与其他部位相同 b）要求引弧处槽深较浅

3.正常气刨过程

在引弧以后，控制弧长为1～3mm。碳棒倾角应根据要求的槽深而定，刨深槽时，倾角应大一些。

碳棒在移动过程中，既不能横向摆动，也不能前后往复摆动。因为摆动时不容易保持操作平稳，刨出的槽也不整齐、不光洁。在刨削一段长度后，碳棒因损耗而变短，需停弧调整碳棒伸出长度。此时，不应停止送风，以使碳棒继续冷却。这样既可避免重新引弧时出现夹碳，也可以减少碳棒损耗。

师傅说现场

碳弧气刨操作总的要求是：准、平、正。

所谓“准”，就是要将槽的深浅掌握准，将刨槽的准线看准。在碳弧气刨时，眼睛要盯住准线，同时还要顾及刨槽的深浅。同时，借助压缩空气与工件摩擦时发出的“嘶嘶”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”声，则说明电弧稳定，能获得光滑而均匀的刨槽。

所谓“平”，就是手把要端得平稳。如果手把稍有上、下波动，刨削表面就会出现明显的凹凸不平。同时，还要求移动速度平稳，不能忽快忽慢。

所谓“正”，就是碳棒夹持要端正。在要求碳棒夹持端正的同时，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，其中心线要与刨槽的中心线重合（见图9-15a），否则刨槽形状不对称，如图9-15b所示。

4.收弧

收弧时要先熄弧，过几秒钟之后，再把气门关闭。如果可能，则可以采用过渡式收弧法，如图9-16所示。

图9-15 刨槽形状

a）刨槽形状对称 b）刨槽形状不对称

图9-16 过渡式收弧

收弧时的主要注意事项是防止熔化的金属存留在刨槽里，如果不把它们吹净，焊接时就更容易引起弧坑缺陷。因为熄弧处往往是以后焊接时的收弧处，存留在熄弧处的熔化金属中碳和氧的含量很高，所以焊接时弧坑处就容易出现弧坑缺陷。

5.清渣

碳弧气刨完毕后，应用扁头或尖头锤子及时将熔渣清除干净，以便于下一步焊接工作的进行。

在练习或者生产过程中，为了得到要求的刨槽尺寸，除了选择合理的碳弧气刨工艺参数外，还需要靠操作者正确地控制。

检查评议

平板碳弧气刨操作评分表见表9-7。

表9-7 平板碳弧气刨操作评分表

问题防治

1.刨削过程中产生夹碳缺陷

原因：刨削速度太大或碳棒送进过快，使碳棒头部触及熔化或未熔化的金属，电弧就会因短路而熄灭，从而使碳棒端部脱落并粘在未熔化的金属上，产生夹碳缺陷；若碳棒处于红热状态，则引弧前应先送风冷却碳棒，否则，碳棒很快会被烧红，而此时工件处于冷态，来不及熔化，也很容易产生夹碳缺陷。

解决措施：将刨削速度控制在要求的范围内，并注意引弧动作，刨枪操作要稳，严格控制短弧，并掌握正确的操作要领。

2.刨削过程中产生粘渣现象

原因：压缩空气压力不足；在大电流时，刨削速度小。

解决措施：将压缩空气压力保持在要求的范围之内；使电流小一些或适当增大刨削速度；将碳棒倾角控制在30°～45°范围之内。

3.刨削过程中出现槽形不正与深浅不均现象

原因：碳棒歪向刨槽一侧时会引起槽形不正；碳棒上下波动，操作不平稳时会引起深浅不匀。

解决措施：操作时，要控制碳棒的中心线与槽口中心线重合；全神贯注地操作，使碳棒移动速度均匀，并使碳棒只做直线移动，不做上下波动。

4.刨削过程中产生钢斑缺陷

原因：镀铜质量不好，或中断压缩空气，使碳棒冷却效果变坏。

解决措施：要选择镀铜质量好的碳棒；采用合适的电流，在气刨过程中不要中断送风，应保持足够的压缩空气压力。

扩展知识

碳弧气刨时的注意事项

碳弧气刨时，应注意以下事项：

1）在碳弧气刨过程中，不允许中断压缩空气，否则会造成碳棒急剧升温，使外层的铜镀层熔化脱落，导致电阻增大，进而烧坏气刨枪。

2）碳弧气刨过程中，碳棒会不断烧损，应及时调整碳棒伸出长度。当碳棒端头至气刨枪铜头的距离小于30mm时，应立即调整或更换碳棒，以免烧坏气刨枪。

3）在未切断电源之前，应避免气刨枪钳头直接接触工件，否则会烧坏气刨枪。

4）露天作业时，应尽可能顺风向操作，以防止吹散的熔化金属及熔渣烧坏工作服或将人烧伤。

5）碳弧气刨时使用的电流比较大，应注意防止焊机过载和因连续使用而发热。

6）操作者应注意站立位置，防止被飞溅的金属烫伤。

考证要点

一、判断题

1.在没有等离子切割的条件下，不锈钢也可使用碳弧气刨进行切割。 （ ）

2.碳弧气刨可以在工件上加工出U形坡口。 （ ）

3.碳弧气刨均采用交流电源。 （ ）

4.因为碳弧气刨使用的电流较大，所以应选用功率较大的直流弧焊电源。（ ）

5.为了提高生产率，刨削速度越大越好。 （ ）

6.当碳棒倾角增大时，刨槽深度也增大。 （ ）

7.在碳弧气刨时，碳棒倾角对刨槽深度影响不大。 （ ）

8.在碳弧气刨过程中，碳棒不应前后往复移动，只能沿刨削方向做直线运动。 （ ）

9.强度等级高，对冷裂纹十分敏感的低合金钢厚板同样可以采用碳弧气刨。 （ ）

10.在容器或舱室内进行碳弧气刨时，必须加强通风和排除烟尘。 （ ）

二、选择题

1.（ ）不宜采用碳弧气刨。

A.铸铁 B.低碳钢

C.不锈钢 D.对冷裂纹敏感的低合金钢厚板

2.碳弧气刨的碳棒直径应根据（ ）来选择。

A.金属材料的类型和刨削宽度 B.金属厚度及刨削宽度

C.金属结构及刨削深度 D.碳棒类型和刨削深度

3.碳弧气刨时压缩空气的压力是由（ ）决定的。

A.刨削速度 B.刨削宽度

C.刨削深度 D.刨削电流

4.采用碳弧气刨法对低碳钢开焊接坡口时应采用（ ）。

A.直流反接 B.直流正接

C.交流电源 D.直流正接或反接

5.碳弧气刨时的碳棒倾角一般为（ ）。

A.10°～25° B.25°～60° C.45°～60° D.25°～45°

6.在碳弧气刨时，增大刨削速度，则（ ）。

A.刨槽深度增大 B.刨槽深度减小

C.刨槽宽度增大 D.刨槽宽度减小

7.在碳弧气刨时，常用的压缩空气压力为（ ）MPa。

A.0.2～0.4 B.0.4～0.6 C.0.6～0.8 D.0.8～1.0

8.碳弧气刨时的碳棒伸出长度为（ ）较为合适。

A.30～50mm B.50～80mm C.80～100mm D.100～120mm

9.碳弧气刨时，当碳棒烧损（ ）时就应调整碳棒伸出长度。

A.10～20mm B.20～30mm C.30～40mm D.40～50mm

10.在碳弧气刨时，选择的碳棒直径应比所要求的刨槽宽度小约（ ）。

A.2mm B.4mm C.5mm D.6mm

三、简答题

1.碳弧气刨的原理及特点是什么？它主要应用在哪些方面？

2.碳弧气刨参数有哪些？如何进行选择？