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1、碳弧气刨与切割应用实例 1 钢铁材料的碳弧气刨（1）碳弧气刨工艺适合的钢种根据碳弧气刨的原理，碳弧气刨可用于各种钢材，但在实际应用中，对某些钢种需采取工艺措施，并且有的钢种要区别情况有控制的使用。 对低碳钢和普通低合金钢无需采取特殊的工艺措施，即可进行碳弧气刨。 对12CrMo、15CrMo和12CrMoV钢等低合金耐热钢，需预热至200后才能够进行碳弧气刨。 对15MnVN、18MnMo和29MnMo钢等也需预热，预热温度等于或高于焊接时规定的预热温度。 对奥氏体不锈钢，可用碳弧气刨清根和刨除焊接缺陷，但某些抗晶间腐蚀要求高的焊件要有控制的使用。 对某些重要用途的结构，如核电站设备中的高压容
2、器，在进行碳弧气刨处理时应根据相应规范或技术要求进行选用。（2）低碳钢的碳弧气刨可采用碳弧气刨对低碳钢进行清焊根、清除焊缝缺陷和加工坡口。一般刨槽表面有一定深度为0.540.72mm的硬化层，碳弧气刨后硬化层的质量分数为0.30左右，即增加了0.07。由于焊前可用钢丝刷或砂轮对刨槽表面进行清理，在随后的焊接过程中，会将这层硬化层熔化去除，因此基本上不影响焊接接头的性能。低碳钢的碳弧气刨的工艺参数见表1。（3）低合金钢的碳弧气刨16Mn钢的碳弧气刨与低碳钢一样，当采用正确的规范及操作工艺时，碳弧气刨边缘一般都无明显的渗碳层，但由于压缩空气急冷的结果，在碳弧气刨边缘有0.51.2mm的热影响区。测
3、量该区的最高硬度值可达360450HV左右。焊接时该边缘金属熔入焊缝，气刨引起的热影响区消失。而焊缝热影响区最高硬度值为223246HV，这与机械加工的坡口焊缝情况基本相同。16Mn钢碳弧气刨的工艺参数见表2。16Mn碳弧气刨后焊缝化学成分与焊缝、接头的力学性能见表3和表4。表2 16Mn钢碳弧气刨的工艺参数板厚/mm81012141620223030以上碳棒直径/mm6888340400电流/A1902502402902903503203304547电压/V44464547454745470.40.6压缩空气压力/MPa0.40.60.40.60.40.60.40.60.40.6碳棒倾角/（
4、）30453045304530453045有效风距/mm5013050130501305013050130弧长/mm11.511.51.521.52.51.52.5刨削速度/m.min-10.910.850.90.910.70.80.650.7刨槽尺寸/mm槽深343.54.54.55.55656.5槽宽566891110121113槽底宽233445464.55.5表3 16Mn钢碳弧气刨后焊缝化学成分（质量分数）/检验部位CMnSiSP16Mn母材0.191.550.550.0140.016焊缝（J507）0.071.210.460.0120.021表4 碳弧气刨后的16Mn钢焊缝及接头的
5、力学性能检验部位抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/冷弯角/()常温冲击韧性/J.cm-2硬度HV焊缝中心热影响区母 材焊缝中心热影响区母 材16Mn母材 5203502118070210215接头(J507)6626691807293223246焊缝金属(J507)6386684925062631155162200206其他合金钢（如12CrMo、15CrMo、12CrMoV等）经过预热200左右，再经过碳弧气刨未发现缺陷。15MnVN、18MnMoNb、20MnMo等钢种，在预热的条件下均能正常碳弧气刨，预热温度应等于或高于焊接时的预热温度。在厚度20mm的09Mn2V低温钢产品上，使
6、用碳弧气刨进行处理，经测定对焊接接头的低温冲击性能影响很小。对某些低合金钢结构钢的构件，碳弧气刨后表面往有很薄的增碳层及淬硬层。为了保证焊接质量，刨削后应用砂轮自己打磨，打磨深度约1mm，至露出金属光泽且表面平滑为止。某些强度等级高、对冷裂纹十分敏感的低合金钢厚板不宜采用碳弧气刨，此时可采用氧乙炔割炬开槽法进行清焊根。（4）不锈钢的碳弧气刨可采用碳弧气刨对不锈钢进行清焊根、清除焊缝担缺陷和加工坡口工艺措施。对不锈钢进行碳弧气刨后，按照下述原则进行焊接，不会影响不锈钢的抗晶间腐蚀性能。 先在母材与焊缝接触面的一侧进行底层焊接，以便在非接触面一侧进行清焊根，并避免碳弧气刨的飞溅物对接触面的损伤。
7、尽量采用不对称的X形坡口，而母材与接触面一侧的坡口较大，以使碳弧气刨刨槽远离接触面。 与母材和焊缝接触表面的焊缝最后施焊，以保证焊缝的抗晶间腐蚀。除上述工艺外，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。表5列出不锈钢碳弧气刨的工艺参数，表6列出不锈钢水雾碳弧气刨的工艺参数。表5 不锈钢碳弧气刨的工艺参数碳棒类型碳棒规格/mm刨削电流/A空气压力/MPa碳棒伸出长度/mm碳棒倾角/()圆形41502000.40.6507035455180210618030072003
8、508250400935050010400500矩形482003000.40.650703045412300350510300400515300450表6 不锈钢水雾碳弧气刨的工艺参数碳棒规格/mm7起刨时碳棒角度/()1525碳棒伸出长度/mm7090刨削时碳棒角度/()2545刨削电流/A400500水雾水量/mL.min-16580空气压力/MPa0.450.6槽道尺寸/mm宽度911；深度46不锈钢碳弧气刨工艺实例如下。0Cr19Ni9奥氏体不锈钢是钢容器中广泛应用的结构材料，在0Cr19Ni9钢结构中使用碳弧气刨应合理确定工艺参数，防止焊缝增碳，一般应按以下原则制定工艺： 先在容器的
9、内表面进行根部焊接，以便在容器的外表面铲除焊根； 尽量采用不对称的X形坡口，窗口内表面一侧的坡口应较大，以使碳弧远离介质接触面； 与介质接触面的焊缝应最后施焊，以保证焊缝的抗腐蚀性能。钢制容器圆筒体壁厚为12mm，封头壁厚为14mm，材质为0Cr19Ni9。该容器的最高工作温度为150，介质为蒸馏水，工作压力为2.2MPa，试验压力为2.75MPa。其工作温度不在晶间腐蚀的敏化区内，介质的腐蚀强度不高，可以使用碳弧气刨。碳弧气刨的工艺参数为：采用手工碳弧气刨，碳棒规格7mm355mm，碳棒外伸长度90mm，压缩空气压力0.6MPa，电流应选择小一些以防止发生夹碳，电流确定为270A，刨削速度为
10、0.1m/min，碳棒与工件的夹角为45。0Cr19Ni9钢制容器碳弧气刨试板尺寸为500mm150mm150mm，对接焊缝坡口形式、尺寸及施焊顺序见图1。2 铸铁及不锈钢的碳弧切割用碳弧切割铸铁件的飞边、毛剌以及切割不锈钢时，可以采用两种方式：一种方式属于碳弧气刨过程：另一种方式属于切割过程，即碳弧切割。（1）铸铁件的碳弧切割碳弧切割用于清理铸铁件，主要是切割飞边、毛剌以及切割小尺寸冒口等。 碳棒一般选用矩形碳棒，碳棒的宽度要比飞边毛剌宽23mm。如果切割的最大宽度比最宽的碳棒还大，就要一道一道地并排切割。 选取切割电流时，对于要求机械加工的表面，为减少白口程度，应选用偏低或正常的电流。对于
11、机械加工表面常选取偏大一些的电流。电流增加，白口层深度也增加，当增加到一定数值时，白口层的深度急剧加深。碳弧切割铸件的其他工艺与碳弧气刨相同。切割飞边、毛剌的过程实质上就是从铸件表面用矩形碳棒碳刨的过程。各种铸铁件都可以用碳弧切割，其中球墨铸件和合金铸铁容易切割，且表面光滑平整，白口深度小。对于铸锻件碳弧切割后，热应力很小，一般不会产生裂纹。表7列出碳弧切割铸铁的工艺及性能。表7 碳弧切割铸铁的工艺及性能材 料切割电流/A空气压力/MPa白口层厚度/mm切口质量QT600-36000.50光洁、平整合金铸铁0.14光洁HT2000.64一般（2）不锈钢的碳弧切割利用碳弧切割不锈钢，在操作方法上
12、与碳弧气刨开槽基本相同，或是一次割透，或是在切割线上重复多次刨槽直至切透。图2所示为不锈钢法兰采用碳弧切割工艺的尺寸示意。切割厚度为4050mm，沿切割线先钻出直径为20mm的孔，孔距为板厚的45倍，目的是使熔渣容易排除，然后多次刨削，直至切透。用碳弧切割法，采取多次刨槽的方式切割不锈钢时，电流比碳弧气刨小一些，但是速度快。每次刨槽深度较小，这样可以防止“夹碳”现象的产生。对不锈钢薄件可不钻孔直接切割。厚度为2025mm以下的不锈钢板，可采用矩形碳棒。例如，切割厚度为20mm的不锈钢板，用5mm18mm的矩形碳棒，两侧送风的钳式气刨枪，电源为AX1-500型焊机，切割电流500A左右。切割时用碳棒的侧面与钢板的整个厚度引弧，切割速度高，切口光洁整齐。
