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1、碳弧气刨简介 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,而碳弧气刨则是电弧气刨家族中的一员。第1页/共55页碳弧气刨的原理1 碳弧气刨的原理、特点及应用1.1 原理原理 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
2、种热加工工艺。其工作原理如图1所示。第2页/共55页碳弧气刨的原理第3页/共55页碳弧气刨的特点1.2 特点特点1)与用风铲或砂轮相比,效率高,噪音小,并可减轻劳动程度。2)与等离子弧气刨相比,设备简单,压缩空气易获得且成本低。3)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。第4页/共55页碳弧气刨的特点4)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。5)在清除焊缝或铸件缺陷时,被刨削面光洁铮亮,在电弧下清楚地观
3、察到缺陷的形状和深度,故有利于清除缺陷。6)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。第5页/共55页碳弧气刨的应用1.3 应用应用1)清焊根2)开坡口,特别是中、厚板对接坡口,管对接U接坡口。3)清除焊缝中的缺陷。4)清除铸件的毛边、飞刺、浇铸口及缺陷5)在板材工件上打孔。6)刨削焊缝表面的余高。第6页/共55页碳弧气刨设备2 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。如图2所示。第7页/共55页碳弧气刨电源2.1 电源碳弧气刨一向采用具有陡降外特性且动特性较好的手工直流直流电弧焊机作为电源。由于碳弧气刨一般使用的
4、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。例如,当使7mm的碳棒时,碳弧气刨电流为350A,故宜选用额定电流为500A的手工直流电弧焊机作为电源。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,故在实际生产中一般并不使用。近年来研制成功的交流方波焊接电源,尤其是逆变式交流方波焊接电源的过零时间极短,且动态特性和控制性能优良,可应用于碳弧气刨。第8页/共55页碳弧气刨设备第9页/共55页碳弧气刨设备碳弧气刨电流极性的选择根据材质而定,如表2:材质:材质:电源极性电源极性碳钢、合金钢、不锈钢碳钢、合金钢、不锈钢直流反接直流反接铸铁、铜及铜合金铸铁、铜及铜合
5、金直流正接直流正接第10页/共55页压缩空气压缩空气:碳弧气刨用的压缩空气必须清洁和干燥,必要时采用过滤装置;碳弧气刨用的压缩空气必须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。第11页/共55页气刨枪2.2 气刨枪气刨枪 碳弧气刨枪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焊钳的基础上,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。第12页/共55页气刨枪第13页/共55页侧面送气气刨枪侧面送气气刨枪 侧面送气气刨枪结构如
6、图3所示。第14页/共55页侧面送气气刨枪嘴结构侧面送气气刨枪嘴结构如图4所示。第15页/共55页侧面送气气刨枪侧面送气气刨枪的优点:结构简单,压缩空气紧贴碳棒喷出,碳棒长度调节方便。缺点:只能向左或右单一方向进行气刨。第16页/共55页圆周送气气刨枪(2)圆周送气气刨枪 圆周送气气刨枪只是枪嘴的结构与侧面送气气刨枪有所不同。圆周送气气刨枪嘴结构如图5所示。第17页/共55页圆周送气气刨枪第18页/共55页碳弧气刨的电极材料碳弧气刨的电极材料碳弧气刨的电极材料;应选用碳弧气刨专用的碳棒,且符合有关的要求;碳棒断面形状一般为圆形和扁形,常用规格及适用电流如表:碳棒在保管时应保持干燥,使用前如发现
7、碳棒受潮,应经烘干后使用,烘干温度为180左右,保温10h。第19页/共55页碳弧气刨的电极材料碳弧气刨的电极材料断面形状断面形状规格规格适用电流适用电流断面形状断面形状规格规格适用电流适用电流圆圆形形3170-200扁扁形形312200-2504190-22048240-2805240-270412260-3006300-330510350-4007350-380512400-4508400-430515450-5009450-500518480-53010500-550520500-55012550-600612550-600第20页/共55页碳弧气刨工艺碳弧气刨工艺 3 3 碳弧气刨工艺
8、碳弧气刨工艺(1 1)电源极性)电源极性 碳弧气刨一般采用直流反接(工件接负极)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 2)电流与碳棒直径)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:第21页/共55页碳弧气刨工艺第22页/共55页碳弧气刨工艺 I=(3050)D 式中 I电流(A)D碳棒直径(mm)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
9、而光滑、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24mm。第23页/共55页碳弧气刨工艺碳弧气刨工艺(3 3 3 3)刨削速度)刨削速度)刨削速度)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0.51.2m/min左右为宜。(4 4 4 4)压缩空气压力)压缩空气压力)压缩空
10、气压力)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槽表面的光滑程度;压力低,则造成刨槽表面粘渣。一般要求压缩空气的压力为0.40.6Mpa。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取制。第24页/共55页碳弧气刨工艺碳弧气刨工艺(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80100mm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2030mm时,应将外伸长重新调至80100mm。第25页/
11、共55页碳弧气刨工艺碳弧气刨工艺(6)碳棒与工件间的夹角,碳棒与工件角的夹角a(如图1所示)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夹角450左右为宜。(7)电弧长度电弧长度气刨时,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 12 2mmmm为宜。第26页/共55页基本操作基本操作 基本操作基本操作基本操作基本操作 准备工作准备工作 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。
12、调节碳棒伸出长度为80100mm。检查压缩空气管路和调节压力,调正风口并使其对准刨槽。引弧引弧 引弧时,应先缓慢打开气阀,随后引燃电弧,否则易产生应先缓慢打开气阀,随后引燃电弧,否则易产生“夹夹碳碳”和碳棒烧红。和碳棒烧红。电弧引燃瞬间,不宜拉的过长,以免熄灭。第27页/共55页基本操作基本操作刨削刨削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。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。作直线运动。碳棒倾角按槽深
13、要求而定,倾角可为25-450。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。第28页/共55页基本操作在垂直位置气刨时,应由上向下移动,以便焊渣流出。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。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。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。第29页/共55页焊缝返修时刨削缺陷 焊缝返修时刨削缺陷焊缝返
14、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所示第30页/共55页焊缝返修时刨削缺陷图2刨除焊缝后的槽形 第31页/共55页碳弧气刨安全技术碳弧气刨安全技术 安全技术安全技术安全技术安全技术 (1)碳弧气刨由于弧光较强,操作人员应戴上深色护目镜。防止喷吹出来的熔融金属烧损作作业服。工作场地注意防火。(2)在容器或狭小部位操作时必须加强抽风及排烟尘的措施。(3)碳刨时使用电流较大应注意防止焊机过载和长时间使用而
15、过热。(4)其他安全措施与一般电弧焊相同。第32页/共55页碳弧气刨安全技术碳弧气刨常见的缺陷及预防措施碳弧气刨常见的缺陷及预防措施 1 1夹碳夹碳 刨削速度太快或碳棒送进过猛,使碳棒头部触及铁水或末熔化的金属上。电弧就会因短路而熄灭。由于温度很高,当碳棒再往前送或向上提起时,端部脱落并粘在未熔化金属上,产生“夹碳”缺陷。发生夹碳后,在夹碳处电弧不能再引燃,于是阻碍了碳弧气刨的继续进行。此外,夹碳处还形成一层硬脆的且不易消除的碳化铁(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。清除的方法是在缺陷前端引弧,将夹碳处连根一起刨掉。或用角形砂轮机磨掉。第33页/共55页碳
16、弧气刨安全技术 2 2粘渣粘渣 碳弧气刨时,吹出来的铁水叫“渣”。它的表面是一层氧化铁内部是含碳量很高的金属。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小引起,但刨槽速度与电流配合不当,刨削速度太慢亦容易粘渣,这在大电流时更为明显。其次在倾角过小时也易粘渣。粘渣可用风铲清除粘渣可用风铲清除。3 3刨槽不正和深浅不匀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。碳棒运动时上下被动就会引起刨槽的深度不匀。碳棒角度变化同样能使刨榴深度发生变化。第34页/共55页碳弧气刨安全技术 4 4刨偏刨偏 刨削时往往由于碳棒偏离预定目标造成刨偏。因此刨削时注意力要集中在目标线上。碳碳
17、弧气刨速度大约比电弧焊快弧气刨速度大约比电弧焊快2424倍,倍,技术不熟练就容易刨偏。刨偏和所用气刨枪结构也有一定关系。例如,采用带有长方槽的圆周送风式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,不和侧面送风式枪,均不易将渣吹到正前方,不妨碍视线,因而减少了刨偏缺陷。妨碍视线,因而减少了刨偏缺陷。5 5。铜斑。铜斑 采用表面镀铜的碳棒时。有时因镀铜质量不好致使铜皮成块剥落。剥落的铜皮呈熔化状态在刨槽表面形成铜斑。只要在焊前用钢丝刷只要在焊前用钢丝刷或风动砂轮将铜班清除。就可避免母材的局部或风动砂轮将铜班清除。就可避免母材的局部渗铜。如不注意清除,铜熔入焊缝金属的量达渗铜。如不注意清除,铜熔入焊缝金属的量达到一定数值时会引起热裂缝。到一定数值时会引起热裂缝。第35页/共55页碳弧气刨工艺参数第36页/共55页第37页/共55页第38页/共55页气刨与气割第39页/共55页第40页/共55页第41页/共55页第42页/共55页第43页/共55页第44页/共55页第45页/共55页第46页/共55页第47页/共55页第48页/共55页第49页/共55页第50页/共55页第51页/共55页第52页/共55页第53页/共55页第54页/共55页感谢您的观看!第55页/共55页
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