Luftkohlenstofflichtbogenschneiden (CAC)
Luftkohlenstofflichtbogenschneiden ist ein Lichtbogenschneidverfahren, bei dem zu schneidende Metalle durch die Hitze eines Kohlenstofflichtbogens geschmolzen werden.
Das geschmolzene Metall wird durch einen Hochgeschwindigkeits-Druckluftstrahl entfernt.
Der Luftstrahl befindet sich außerhalb der abschmelzenden Kohlenstoff-Graphit-Elektrode. Er trifft unmittelbar hinter dem Lichtbogen auf das geschmolzene Metall.
Zur Ausrüstung gehören ein Luftkompressor, eine Schweißstromquelle, eine Kohleelektrode und ein Fugenhobler.
Das Luft-Kohlenstoff-Lichtbogenverfahren ist in Abbildung 10-75 dargestellt.
Vergleich zu anderen Verfahren
Das Luft-Kohlenstoff-Lichtbogen-Schneiden und die Metallentfernung unterscheiden sich vom Plasma-Lichtbogen-Schneiden dadurch, dass ein offener (nicht eingeschnürter) Lichtbogen verwendet wird, der unabhängig vom Gasstrahl ist. Der Luftstrom entfernt das Metall physikalisch und nicht chemisch, wie es beim autogenen Schneiden der Fall ist.
Das Verfahren ist flexibler als autogene Verfahren, da es zum Schneiden keine Oxidation erfordert. Zu den häufigsten Metallen, die mit dem Verfahren geschnitten werden, gehören Gusseisen, Kupferlegierungen und Edelstahl. Das Verfahren wird häufig zum Fugenhobeln, zur Vorbereitung von Verbindungen und zum Entfernen von defektem Schweißgut eingesetzt.
Luftkohlenstofflichtbogenschneiden Video
Ausrüstung und Schaltplan
Das Schaltbild für das Luftkohlenstofflichtbogenschneiden (CAC) oder Fugenhobeln ist in Abbildung 10-76 dargestellt. Normalerweise werden konventionelle Schweißmaschinen mit Konstantstrom verwendet. Bei diesem Verfahren kann auch Konstantspannung verwendet werden. Bei Verwendung einer CV-Stromquelle müssen Vorkehrungen getroffen werden, um sie innerhalb ihrer Nennleistung von Strom und Einschaltdauer zu betreiben. Für spezielle Anwendungen können auch Wechselstrom-Stromquellen mit konventioneller Durchhangcharakteristik verwendet werden. Es müssen Wechselstrom-Kohlenstoffelektroden verwendet werden.
Das Blockdiagramm zeigt die erforderliche Ausrüstung. Für das Luftkohlenstoff-Lichtbogenverfahren wurden spezielle Hochstrom-Hochleistungsmaschinen entwickelt. Dies liegt an den extrem hohen Strömen, die für die großformatigen Kohleelektroden verwendet werden.
Elektrodenhalter
Der Elektrodenhalter ist für den Luft-Kohlebogen-Prozess (CAC) konzipiert. Der Halter enthält einen kleinen runden Griffkopf, der die Luftdüsen enthält, um die Druckluft entlang der Elektrode zu leiten. Außerdem hat er eine Rille zum Greifen der Elektrode. Dieser Kopf kann gedreht werden, um verschiedene Winkel der Elektrode in Bezug auf den Halter zu ermöglichen. Ein starkes elektrisches Kabel und ein Luftzufuhrschlauch sind über einen Klemmenblock mit dem Halter verbunden. In der Halterung befindet sich ein Ventil zum Ein- und Ausschalten der Druckluft. Die Halter sind in verschiedenen Größen erhältlich, abhängig von der Einschaltdauer der Arbeit, dem Schweißstrom und der Größe der verwendeten Kohleelektrode. Für besonders schwere Arbeiten werden wassergekühlte Halter verwendet.
Typen von Elektroden
Kohlenstoff-Graphit:
Die Kohlenstoff-Graphit-Elektroden bestehen aus einer Mischung aus Kohlenstoff und Graphit sowie einem Bindemittel, das eingebrannt wird, um eine homogene Struktur zu erzeugen. Elektroden gibt es in verschiedenen Ausführungen.
Einfache unbeschichtete Elektroden:
Die einfache unbeschichtete Elektrode ist preiswerter, leitet weniger Strom und startet leichter.
Kupferbeschichtet:
Die kupferbeschichtete Elektrode bietet eine bessere elektrische Leitfähigkeit zwischen ihr und dem Halter. Die kupferumhüllte Elektrode ist besser für die Beibehaltung des ursprünglichen Durchmessers während des Betriebs. Sie hält länger und führt einen höheren Strom. Kupferumhüllte Elektroden gibt es in zwei Typen
- DC-Typ
- AC-Typ
Das Zusammensetzungsverhältnis von Kohlenstoff und Graphit ist bei diesen beiden Typen leicht unterschiedlich. Der Gleichstromtyp ist gebräuchlicher.
Der Wechselstromtyp enthält spezielle Elemente zur Stabilisierung des Lichtbogens. Er wird für negative Gleichstromelektroden beim Schneiden von Gusseisen verwendet. AC-ummantelte Elektroden bestehen aus Graphit, Kohlenstoff und einem speziellen Bindemittel. Seltene Erden werden beigemischt, um die Stabilisierung bei der Verwendung von Wechselstrom zu gewährleisten.
Bei normalem Gebrauch wird die Elektrode mit der positiven Elektrode betrieben. Die Elektroden haben einen Durchmesser von 5/32 bis 1 in. (4,0 bis 25,4 mm). Die Elektroden sind normalerweise 12 in. (300 mm) lang; es sind jedoch auch 6 in. (150 mm) Elektroden sind erhältlich Kupferbeschichtete Elektroden mit konischen Muffenverbindungen sind für den automatischen Betrieb erhältlich und ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb.
Die Tabelle unten zeigt die Elektrodentypen und den Lichtbogenstrombereich für verschiedene Größen.
Die Polarität der Elektrode ist positiv (umgekehrte Polarität).
Hinweis: Bei DC-Kupferelektroden kann der Strom prozentual erhöht werden.
Hinweise des Herstellers beachten
Luftdruck
Der Luftdruck ist nicht kritisch, sollte aber im Bereich von 552 bis 690 kPa (80 bis 100 psi) liegen. Die benötigte Druckluftmenge reicht von 2,5 Litern pro Minute (5 cu ft per min) bis zu 24 Litern pro Minute (50 cu ft per min) für die größten Kohleelektroden. Ein Kompressor mit einer Leistung von einer Pferdestärke liefert ausreichend Luft für Elektroden kleinerer Größe. Bei der Verwendung der größten Elektroden wird ein Kompressor mit bis zu zehn PS benötigt.
Brenner
Ein manueller Fugenhobelbrenner für Kohlenstoff ist oben dargestellt. Der Brenner hält eine Elektrode in einem schwenkbaren Kopf, der einen oder mehrere Lufthalter hat. Auf diese Weise bleibt der Luftstrahl unabhängig vom Winkel der Elektrode zum Brenner auf die Elektrode ausgerichtet.
Wenn der Brenner zwei Köpfe hat (Luftdüsen auf beiden Seiten der Elektrode) oder mit einem festen Winkel zwischen Elektrode und Halter, sind für einige Anwendungen wie große Gussteile (Padwashing) oder zum Entfernen von Pads besser geeignet.
Der Brenner wird mit Luft gekühlt. Bei Hochstromanwendungen kann eine Wasserkühlung zusammen mit einem Hochleistungsbrenner verwendet werden.
Vorteile und Haupteinsatzgebiete
Das Luftkohlenstoffschneidverfahren (CAC) wird zum Schneiden von Metall, zum Ausfugen von defektem Metall, zum Entfernen alter oder minderwertiger Schweißnähte, zum Wurzelausfugen von Durchgangsschweißungen und zur Vorbereitung von Nuten zum Schweißen verwendet.
Die Schnittfläche ist klein, und da das Metall schnell geschmolzen und entfernt wird, erreicht die Umgebung keine hohen Temperaturen. Das reduziert die Neigung zu Verzug und Rissbildung.
Das Lichtbogenschneiden (CAC) und -fugenhobeln wird normalerweise manuell betrieben. Das Gerät kann auf einem Fahrwagen montiert sein. Dies wird als maschinelles Schneiden oder Fugenhobeln bezeichnet.
Es gibt spezielle Anwendungen, bei denen zylindrische Werkstücke auf einer drehbankähnlichen Vorrichtung platziert und unter dem Kohlelichtbogenbrenner gedreht werden. Dies ist ein maschinelles oder automatisches Schneiden, je nach Beteiligung des Bedieners.
Wirkt in allen Positionen:
Das Luft-Kohlenstoff-Lichtbogen-Schneidverfahren (CAC) kann in allen Positionen eingesetzt werden. Es kann auch zum Fugenhobeln in allen Positionen eingesetzt werden. Der Einsatz in der Überkopfposition erfordert ein hohes Maß an Geschicklichkeit.
Bearbeitet gängige Metalle:
Das Luft-Kohlenstoff-Lichtbogenverfahren kann zum Schneiden oder Fugenhobeln der meisten gängigen Metalle verwendet werden. Zu den Metallen gehören: Aluminium, Kupfer, Eisen, Magnesium sowie Kohlenstoff- und Edelstähle.
Das Verfahren wird nicht zur Schweißnahtvorbereitung von Edelstahl, Titan, Zirkonium und anderen ähnlichen Metallen ohne anschließende Reinigung empfohlen. Diese Reinigung, in der Regel durch Schleifen, muss das gesamte verkohlte Oberflächenmaterial neben dem Schnitt entfernen. Das Verfahren kann verwendet werden, um diese Materialien für Schrott zum Umschmelzen zu schneiden.
Verfahrensprinzipien
Das Verfahrensschema zum Herstellen von Nuten in Stahl ist in der folgenden Tabelle dargestellt…
- Luftdruck 80 bis 100 PSI, (552 bis 690 KPa) wird für 1/2″ und 5/8″ (13 und 16 mm) Elektroden empfohlen.
- Für Nuten, die tiefer als 3/4″ (19 mm) sind, kann eine Kombination von Einstellungen und mehreren Durchgängen verwendet werden.
Um einen Schnitt oder eine Fugenhobelung durchzuführen, schlägt das Schneidgerät einen Lichtbogen und startet fast sofort den Luftstrom.
Die Elektrode wird in Fahrtrichtung mit einem Schiebewinkel von ca. 45° zur Achse der Nut ausgerichtet.
Die Fahrgeschwindigkeit, der Elektrodenwinkel sowie die Elektrodengröße und der Strom bestimmen die Nuttiefe. Der Elektrodendurchmesser bestimmt die Nutenbreite.
Die normalen Sicherheitsvorkehrungen, die mit dem Lichtbogenschweißen und dem Metallschutzgasschweißen verbunden sind, gelten auch für das Lichtbogenschneiden (CAC) und das Fugenhobeln. Allerdings müssen zwei weitere Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
Erstens wird das geschmolzene Metall durch den Luftstoß eine sehr lange Strecke zurücklegen. Vor dem Fugenhobeln sollten Ablenkplatten aus Metall angebracht werden. Alle brennbaren Materialien sollten aus dem Arbeitsbereich entfernt werden. Bei hohen Strömen ist die Masse des abgetragenen geschmolzenen Metalls recht groß und wird zu einer Brandgefahr, wenn sie nicht richtig eingedämmt wird.
Der zweite Faktor ist der hohe Lärmpegel. Bei hohen Strömen mit hohem Luftdruck entsteht ein sehr lautes Geräusch. Gehörschutz, Kapselgehörschutz oder Ohrstöpsel sollten vom Lichtbogenschneider getragen werden.