[科普中国]-碳弧焊

简介

碳弧焊是一种焊接方法，其电弧是在不熔化的碳(石墨)电极与工件之间，或在两个碳电极之间形成的。后一方法是一种变化形式，称为双极碳弧焊。另外两种变化形式(有保护碳弧焊和气体碳弧焊)工业上已不再使用。尽管碳弧焊几乎都已被其他焊接方法所代替，但仍有许多场合可以利用它。碳弧只是作为热源使用。在这方面它与钨极氩弧焊相似。碳弧通常能达到3870～5000℃的高温，其温度随所用电流大小而定。由于电极烧损很慢，故在使用填充金属时电极对熔敷金属的成分没有明显的影响。2

碳弧焊基本原理碳弧焊有两种形式。一种是利用单个碳极，在碳极与工件之间产生电弧，这种形式叫单电极碳弧焊；另一种是采用两个电极，电弧在两个碳极之间产生，这种形式叫双电极碳弧焊。焊接时，碳极与工件之间的电弧加热并熔化工件和填充焊丝，熔池金属凝固后形成焊缝。尽管碳极被认为是非熔化极，但是其损耗速度很快，这是因为碳极容易分解并产生由一氧化碳和二氧化碳组成的保护气氛。这种混合气体排开电弧和熔池周围的空气，防止了氧气和氮气污染熔池金属。如果需要使用填充焊丝，则一般选用与母材成分相同的焊丝。3

碳弧焊工艺碳弧焊操作一般采用左焊法。大厚度焊件宜用右焊法，以获得较多的热量熔化金属，有利于从熔池中排除氧化物、熔渣及气体。

在石墨块上引燃电弧后，电极沿焊缝长度方向作往返移动，预热接头，待形成熔池时即添加焊丝。在焊接过程中，焊炬也应略作纵向往返运动。电极与焊件的夹角为75～80。，距离为25～35mm。焊丝与焊件的夹角为35～45。。

采用水冷结构的焊炬。焊炬夹头按电极外形开钳口槽，使接触良好。

碳弧焊接电流可根据铝及铝合金的牌号、尺寸、接头型式、坡口形式及电极材料等选择。尽量采用大电流和长电弧，以获得足够的熔深。碳极伸出焊炬夹头的长度以150mm为宜，过长则加速其氧化烧损。

为减少大电流碳弧焊时的磁偏吹现象，可改变焊件接线位置(如在焊件两端均接上电缆)，压短电弧长度，缩小碳极与焊件间的倾斜角，或在碳极外缘附加与电弧相串联的纵向磁场线圈，等等。4

碳弧焊工艺特点碳弧焊一般采用直流正接(工件接正极)。这样，电弧稳定，便于操作；如用反接，则电弧燃烧不稳定，碳棒也困受高热而剧烈烧损。

碳弧焊可以采用碳或石墨作电极。碳和石墨有良好的导电性和较高的熔点(约为3800～4200℃)，碳电极比石墨电极的电阻大2～3倍，含灰量大得多。因此，石墨电极的允许电流密度为200～600A/cm2，而碳电极为100～200A/cm2。电极的断面形状一般是圆形、方形或扁形。电极尖端的角度一般为45。～70。。角度小时电极消耗较快，但可以增加电弧稳定性。夹电极时，往工作方便的前提下，电极导电部分越短越好。如伸出过长，则加速电极的氧化损耗。

由于铝的比热大、导热快，因而碳弧焊时要求用大电流和较高的电弧电压。实践证明，铝接头在高速焊接时，能获得良好的质量，而使用大电流是解决这个问题的关键。5

碳弧焊的优点及主要应用范围单电极碳弧焊可采用较大的焊接电流，因此这种方法可用于焊接铜，也可用来通过熔敷青铜的方式修复铸铁件。焊接较薄的工件时，不用填充焊丝，进行自体焊接就可以。碳弧焊还可用来焊接镀锌钢板；这种情况下，采用青铜填充丝，应将填充丝置于电弧与母材之间。

碳弧焊可焊接的金属主要是低碳钢和低合金钢，另外还可焊接铜和其他有色金属。但其最重要的应用是钎焊和耐磨堆焊。碳弧焊还可用来进行铸件的补焊，填充材料可采用铸铁或青铜丝。可焊的工件厚度范围和使用接头类型类似于手工电弧焊。3