1．碳弧氣刨的工藝特點(diǎn)

碳弧氣刨過(guò)程中，因急速加熱和冷卻以及局部的化學(xué)反應(yīng)，在刨削表面及臨近區(qū)產(chǎn)生增碳現(xiàn)象和熱影響區(qū)，引起組織和硬度的變化。

（1）碳弧氣刨常見(jiàn)缺陷及防止措施

1) 夾碳

刨削速度太快或碳棒送進(jìn)過(guò)速，使碳棒頭部觸及鐵水或未熔化的金屬上，電弧就會(huì)因短路而熄滅。由于溫度很高，當(dāng)碳棒再往前送或上提時(shí)，端部脫落并粘在未熔化金屬上，產(chǎn)生“夾碳”缺陷。

發(fā)生夾碳后，在夾碳處電弧不能再引燃，這樣就阻礙了碳弧氣蝕的繼續(xù)進(jìn)行。此外，夾碳外還形成一層硬脆且不容易清除的碳化鐵（碳含量達(dá)6.7％）。這種缺陷必須注意防止和消除，否則焊后容易出現(xiàn)氣孔和裂紋。清除的方法是在缺陷的前端引弧，將夾碳處連根一起刨除，或用角形磨光機(jī)磨掉。

2) 粘渣

碳弧氣刨操作時(shí)，吹出來(lái)的鐵水叫“渣”，表面是一層氧化鐵，內(nèi)部是含碳很高的金屬。如果粘潭在刨槽的兩側(cè)，即產(chǎn)生粘渣。

粘渣主要是由于壓縮空氣壓力小引起的，但刨槽速度與電流配合不當(dāng)，刨削速度太慢也易粘渣，在采用大電流時(shí)更為明顯。其次在傾角過(guò)小時(shí)也易粘渣。粘渣可采用風(fēng)鏟清除。

3) 刨槽不正或深淺不均

碳棒歪向刨槽的一側(cè)就會(huì)引起刨槽不正，碳棒運(yùn)動(dòng)時(shí)上下波動(dòng)就會(huì)引起刨槽的深度不均，碳棒的角度變化同樣能使刨槽的深度發(fā)生變化。刨槽前，注意碳棒與工件的相對(duì)位置，提高操作的熟練程度。

4) 刨偏

刨削時(shí)往往由于碳棒偏離預(yù)定目標(biāo)造成刨偏。碳弧氣刨速度大約比電弧焊高2～4倍，技術(shù)不熟練就容易刨偏。刨偏與否和所用氣刨槍結(jié)構(gòu)也有一定的關(guān)系。例如，采用帶有長(zhǎng)方槽的圓周送風(fēng)式和側(cè)面送風(fēng)式槍，均不易將渣吹到正前方，不妨礙刨削視線，因而減少了刨偏缺陷。

5) 銅斑

采用表面鍍銅的碳棒時(shí)，有時(shí)因鍍銅質(zhì)量不好，會(huì)使銅皮成塊剝落，剝落的銅皮成熔化狀態(tài)，在刨槽的表面形成銅斑。在焊前用鋼絲刷或砂輪機(jī)將銅斑清除，就可避免母材的局部滲銅。如不清除，銅滲入焊縫金屬的量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)引起熱裂紋。為避免這種缺陷要選用鍍層質(zhì)量好的碳棒，采用合適的電流，并注意焊前用鋼絲刷或砂輪機(jī)清理干凈。

（2）碳弧氣刨的熱影響區(qū)組織和硬度

碳弧氣刨過(guò)程中，熱影響區(qū)的特性取決于被刨削金屬的化學(xué)成分和顯微組織。下表列出一些典型鋼種的熱影響區(qū)寬度、組織和硬度的變化。附著鋼中碳和合金元素含量的增多，熱影響區(qū)寬度及顯微硬度值增大。但是奧氏體鋼未發(fā)生組織變化和硬度升高現(xiàn)象。

（3）碳弧氣刨槽道表層的增碳

碳弧氣刨時(shí)，增碳主要發(fā)生在槽道表層碳含量0.23％的鋼在厚0.54～0.72mm表面層中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至0.3％，即僅增加0.07％。而18-8型不銹鋼槽道表面的增碳層厚度僅為0.02～0.05mm，最厚處也不超過(guò)0.11mm。下表列出18-8型不銹鋼碳弧氣刨區(qū)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析結(jié)果。

離表面深0.2～0.3mm處的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)同母材含量十分接近，但粘渣的含量高達(dá)1.2％。而且在刨削深槽或多程刨削時(shí)，也可能產(chǎn)生厚度達(dá)0.2～0.3mm的增碳層。

碳弧氣刨加工的坡口或背面雖存在增碳的熱影響區(qū)，但經(jīng)過(guò)焊接后都被熔化，在焊縫中未發(fā)現(xiàn)增碳現(xiàn)象，其力學(xué)性能也與用機(jī)械加工的坡口相同。但是粘渣和炭灰等必須從槽道中清除，對(duì)于某些重要結(jié)構(gòu)件，則需用砂輪去除厚0.5～0.8mm表面層后才能施焊。

（4）碳弧氣刨的焊接接頭的力學(xué)性能

用碳弧氣刨削除焊縫的余高，對(duì)接頭的強(qiáng)度沒(méi)有影響，但是會(huì)使接頭的延性降低，冷彎角低于105°。若用砂輪磨去厚0.2～0.5mm表層后，延性可以恢復(fù)。碳刨后的零件（除不銹鋼零件）通過(guò)回火處理即可消除增碳層和熱影響區(qū)的組織變化。下表列出碳弧氣刨對(duì)18-8型不銹鋼焊接接頭耐晶間腐蝕性能的影響。

2． 碳弧氣刨的工藝參數(shù)

（1）碳棒直徑

碳棒直徑通常根據(jù)鋼板的厚度選用，但也要考慮刨槽寬度的需要，一般直徑應(yīng)比所需的槽寬小2～4mm。下表列出碳棒直徑選用與板厚的關(guān)系。

（2）電源極性

碳素鋼和普通低合金鋼碳弧氣刨時(shí)，一般采用直流反接，即工件接負(fù)極，碳棒接正極。這樣可以使電弧穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，普通低合金鋼采用反極性碳弧氣刨，其熔化金屬的碳含量高1.44％，這是由于碳的正離子被吸引到工件表面，被陰離子還原成碳原子，熔入熔化的金屬中。而正極性時(shí)碳含量為0.38％。碳含量較高的熔化金屬的流動(dòng)性較好，凝固溫度較低，因此反接時(shí)刨削過(guò)程穩(wěn)定，電弧發(fā)出刷刷聲，刨槽寬窄一致，光滑明亮。若極性接錯(cuò)，電弧不穩(wěn)且發(fā)出斷續(xù)的嘟嘟聲。部分金屬材料碳弧氣刨時(shí)電源極性的選擇要求見(jiàn)下表。

（3）電流與碳棒直徑

刨削電流的選擇根據(jù)碳棒規(guī)格和刨槽尺寸選用。電流與碳棒直徑成正比關(guān)系，一般可參照下面的經(jīng)驗(yàn)公式選擇電流，即

I＝（30～50）D

式中 I——電流，A；

D——碳棒直徑，mm。

對(duì)于一定直徑的碳棒，如果電流較小，則電弧不穩(wěn)，且易產(chǎn)生夾碳缺陷；適當(dāng)增大電流，可提高刨削速度，使刨槽表面光滑、寬度增大。在實(shí)際應(yīng)用中，一般選用較大的電流，但電流過(guò)大時(shí)，碳棒頭部過(guò)熱而發(fā)紅，鍍銅層易脫落，碳棒燒損很快，甚至碳棒熔化滴入槽道內(nèi)，使槽道嚴(yán)重滲碳。正常電流下，碳棒發(fā)紅長(zhǎng)度約為25mm。碳棒直徑的選擇主要根據(jù)所需的刨槽寬度而定，碳棒直徑越大，則刨槽越寬。一般碳棒直徑應(yīng)比所要求的刨槽寬度小4mm。

（4）刨削速度

刨削速度對(duì)刨槽尺寸、表面質(zhì)量和刨削過(guò)程的穩(wěn)定性有一定的影響。刨削速度需與電流大小和刨槽深度（或碳棒與工件間的夾角）相匹配。刨削速度太快，易造成碳棒與金屬接觸，使碳凝結(jié)在刨槽的頂端，造成短路、電弧熄滅，形成夾碳缺陷。一般刨削速度為0.5～1.2m/min為宜。

（5）壓縮空氣壓力

壓縮空氣的壓力會(huì)直接影響刨削速度和刨槽表面質(zhì)量。壓力太小熔化的金屬吹不掉，刨削很難進(jìn)行。壓力低于0.4MPa時(shí)，就不能進(jìn)行刨削。壓縮空氣壓力過(guò)高，刨削有利。當(dāng)電流大時(shí)，熔化金屬也增加。當(dāng)電流較小時(shí)，高的壓縮空氣壓力易使電弧不穩(wěn)，甚至熄弧。碳弧氣刨常用的壓縮空氣壓力為0.4～0.6MPa。壓縮空氣所含水分和油分都應(yīng)清除，可通過(guò)在壓縮空氣的管道中加過(guò)濾裝置，以保證刨削質(zhì)量。

（6）碳棒的伸出長(zhǎng)度

碳棒伸出長(zhǎng)度指碳棒從碳棒槍鉗口導(dǎo)電處至電弧始端的長(zhǎng)度。手工碳弧氣刨時(shí)，伸出長(zhǎng)度大，壓縮空氣的噴嘴離電弧就遠(yuǎn)，電阻也增大，碳弧易發(fā)熱，碳棒燒損也較大。并且造成風(fēng)力不足，不能將熔渣順利吹掉，而且碳棒也容易折斷。一般外伸長(zhǎng)為80～100mm為宜。隨著碳棒燒損，碳棒的外伸長(zhǎng)不斷減少，當(dāng)外伸長(zhǎng)減少到20～30mm時(shí)，應(yīng)將外伸長(zhǎng)重新調(diào)至80～100mm。

（7）碳棒與工件間的夾角

碳棒與工件間的夾角α大小，主要會(huì)影響刨槽深度和刨削速度。夾角增大，則刨削深度增加，刨削速度減小。一般手工碳弧氣刨采用夾角45°～60°左右為宜。碳棒夾角與刨槽深度的關(guān)系見(jiàn)下表。

（8）電弧長(zhǎng)度

碳弧氣刨操作時(shí)，電弧長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起電弧不穩(wěn)，甚至?xí)斐上ɑ?。操作時(shí)電弧長(zhǎng)度以1～2mm為宜，并盡量保持短弧。這樣可以提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也可提高碳棒的利用率。但電弧太短時(shí)，容易引起“夾碳”缺陷。刨削過(guò)程弧長(zhǎng)變化盡量小以保證得到均勻的刨削尺寸。

（9）刨縫裝配間隙

當(dāng)板厚不大或施工條件限制需先裝配接頭后刨削時(shí)，接頭根部間隙應(yīng)嚴(yán)格控制。否則刨削薄板易刨穿，刨較厚的板則熔渣氧化鐵嵌入縫隙，不宜去除，影響焊接質(zhì)量。下表列出自動(dòng)碳弧氣刨的典型工藝參數(shù)。