Powietrzne cięcie łukiem węglowym (CAC)

Powietrzne cięcie łukiem węglowym jest procesem cięcia łukowego, w którym metale przeznaczone do cięcia są topione przez ciepło łuku węglowego.

Stopiony metal jest usuwany przez podmuch sprężonego powietrza o dużej prędkości.

Strumień powietrza jest zewnętrzny w stosunku do elektrody węglowo-grafitowej. Uderza on w stopiony metal bezpośrednio za łukiem.

Wymagane wyposażenie obejmuje sprężarkę powietrza, źródło prądu spawalniczego, elektrodę węglową i palnik do żłobienia.

Powietrzny łuk węglowy jest pokazany na rysunku 10-75.

Porównanie z innymi procesami

Powietrzny łuk węglowy do cięcia i usuwania metalu różni się od łuku plazmowego tym, że wykorzystuje otwarty (nieograniczony) łuk, który jest niezależny od strumienia gazu. Podmuch powietrza fizycznie usuwa metal, a nie chemicznie, co jest podejściem w procesach cięcia tlenowo-paliwowego.

Proces jest bardziej elastyczny niż procesy tlenowo-paliwowe, ponieważ nie wymaga utleniania w celu cięcia. Najczęstsze metale cięte w tym procesie to żeliwo, stopy miedzi i stal nierdzewna. Proces ten jest szeroko stosowany do żłobienia wstecznego, przygotowywania spoin i usuwania wadliwych spoin.

Powietrzne cięcie łukiem węglowym – wideo

Sprzęt i schemat połączeń

Schemat połączeń dla powietrznego cięcia łukiem węglowym (CAC) lub żłobienia jest pokazany na rysunku 10-76. Zazwyczaj stosuje się konwencjonalne urządzenia spawalnicze o stałym natężeniu prądu. W tym procesie można stosować stałe napięcie. W przypadku stosowania źródła prądu zmiennego, należy podjąć środki ostrożności, aby pracować w zakresie jego znamionowej mocy prądu i cyklu pracy. Źródła prądu zmiennego o konwencjonalnej charakterystyce opadania mogą być również używane do specjalnych zastosowań. Muszą być stosowane elektrody węglowe typu AC.

Wymagany sprzęt jest pokazany na schemacie blokowym. Specjalne wysokoprądowe maszyny o dużej wytrzymałości zostały stworzone specjalnie dla procesu cięcia łukiem węglowym. Dzieje się tak z powodu bardzo wysokich prądów stosowanych dla dużych elektrod węglowych.

Uchwyt elektrody

Uchwyt elektrody jest zaprojektowany dla procesu powietrznego łuku węglowego (CAC). Uchwyt zawiera małą, okrągłą głowicę chwytającą, która zawiera dysze powietrzne do kierowania sprężonego powietrza wzdłuż elektrody. Posiada ona również rowek do uchwycenia elektrody. Głowica ta może być obracana, aby umożliwić różne kąty ustawienia elektrody w stosunku do uchwytu. Ciężki przewód elektryczny i wąż doprowadzający powietrze są podłączone do uchwytu poprzez blok zacisków. W uchwycie znajduje się zawór do włączania i wyłączania sprężonego powietrza. Uchwyty są dostępne w kilku rozmiarach, w zależności od cyklu pracy, prądu spawania i rozmiaru elektrody węglowej. Do bardzo ciężkich prac stosowane są uchwyty chłodzone wodą.

Typy elektrod

Węgiel grafitowy:

Elektrody węglowo-grafitowe wykonane są z mieszanki węgla i grafitu oraz spoiwa, które jest wypiekane w celu uzyskania jednorodnej struktury. Elektrody występują w kilku rodzajach.

Zwykłe niepowlekane elektrody:

Zwykła niepowlekana elektroda jest tańsza, przenosi mniejszy prąd i łatwiej się uruchamia.

Powlekana miedzią:

Powlekana miedzią elektroda zapewnia lepszą przewodność elektryczną pomiędzy nią a uchwytem. Elektroda powlekana miedzią lepiej zachowuje oryginalną średnicę podczas pracy. Jest trwalsza i przewodzi większy prąd. Elektrody powlekane miedzią są dwóch typów

• typu DC
• typu AC

Stosunek składu węgla i grafitu jest nieco inny dla tych dwóch typów. Typ dc jest bardziej powszechny.

Typ ac zawiera specjalne elementy do stabilizacji łuku. Jest on stosowany do elektrody ujemnej prądu stałego przy cięciu żeliwa. AC elektrody powlekane są wykonane z grafitu, węgla i specjalnego spoiwa. Materiały ziem rzadkich są mieszane w celu zapewnienia stabilizacji przy stosowaniu prądu zmiennego.

Do normalnego użytku, elektroda jest obsługiwana z elektrodą dodatnią. Elektrody mają średnicę od 5/32 do 1 cala. (4,0 do 25,4 mm). Elektrody mają zwykle długość 12 cali. (300 mm), jednak dostępne są również elektrody o długości 6 cali (150 mm). (150 mm) są dostępne Elektrody powlekane miedzią ze stożkowymi złączami gniazdowymi są dostępne do pracy automatycznej i umożliwiają pracę ciągłą.

W poniższej tabeli przedstawiono typy elektrod i zakres prądu łuku dla różnych rozmiarów.

Polaryzacja elektrody jest dodatnia (polaryzacja odwrotna).
Uwaga: Dla elektrod miedzianych DC prąd może być zwiększony o procent.
Sprawdź instrukcje producenta

Ciśnienie powietrza

Ciśnienie powietrza nie jest krytyczne, ale powinno wynosić od 80 do 100 psi (552 do 690 kPa). Wymagana ilość sprężonego powietrza waha się od zaledwie 5 stóp sześciennych na minutę (2,5 litra na minutę) do 50 stóp sześciennych na minutę (24 litrów na minutę) dla największych elektrod węglowych. Sprężarka o mocy jednego konia mechanicznego dostarczy wystarczającą ilość powietrza dla elektrod o mniejszych rozmiarach. W przypadku stosowania elektrod o największych rozmiarach konieczna będzie sprężarka o mocy do dziesięciu koni mechanicznych.

Palnik

Powyżej pokazano ręczny palnik do żłobienia węgla. Palnik trzyma elektrodę w obrotowej głowicy, która ma jeden lub kilka uchwytów na powietrze. W ten sposób strumień powietrza pozostaje wyrównany z elektrodą niezależnie od kąta nachylenia elektrody względem palnika.

Jeżeli palnik ma dwie głowice (strumienie powietrza po obu stronach elektrody) lub ze stałym kątem pomiędzy elektrodą a uchwytem, są lepsze do niektórych zastosowań, takich jak duże odlewy (padwashing) lub do usuwania podkładek.

Palnik jest chłodzony powietrzem. Jeśli stosowane są aplikacje wysokoprądowe, wtedy chłodzenie wodne może być używane wraz z palnikiem o dużej wytrzymałości.

Wady i główne zastosowania

Powietrzny proces cięcia łukiem węglowym (CAC) jest używany do cięcia metalu, do wydłubywania wadliwego metalu, do usuwania starych lub gorszych spoin, do żłobienia korzeni spoin z pełnym przetopem oraz do przygotowywania rowków do spawania. Cięcie łukiem pneumatycznym jest również stosowane, gdy lekko postrzępione krawędzie nie budzą zastrzeżeń.

Obszar cięcia jest niewielki, a ponieważ metal jest topiony i usuwany szybko, otaczający go obszar nie osiąga wysokiej temperatury. Zmniejsza to tendencję do odkształceń i pęknięć.

Powietrzne cięcie łukiem węglowym (CAC) i proces żłobienia jest zwykle obsługiwany ręcznie. Urządzenie może być zamontowane na wózku jezdnym. Jest to uważane za cięcie maszynowe lub żłobienie.

Wykonano specjalne zastosowania, w których elementy cylindryczne zostały umieszczone na urządzeniu podobnym do tokarki i obracane pod palnikiem z łukiem węglowym. Jest to cięcie maszynowe lub automatyczne, w zależności od zaangażowania operatora.

Pracuje we wszystkich pozycjach:

Proces cięcia łukiem węglowym (CAC) może być stosowany we wszystkich pozycjach. Może być również stosowany do żłobienia we wszystkich pozycjach. Zastosowanie w pozycji nad głową wymaga dużych umiejętności.

Pracuje z popularnymi metalami:

Powietrzny łuk węglowy może być stosowany do cięcia lub żłobienia większości popularnych metali. Do metali tych należą: glin, miedź, żelazo, magnez oraz stale węglowe i nierdzewne.

Proces ten nie jest zalecany do przygotowywania spoin dla stali nierdzewnej, tytanu, cyrkonu i innych podobnych metali bez późniejszego oczyszczenia. To czyszczenie, zwykle przez szlifowanie, musi usunąć cały powierzchniowy zwęglony materiał przylegający do cięcia. Proces ten może być stosowany do cięcia tych materiałów na złom do przetopienia.

Zasady procesu

Schemat postępowania przy wykonywaniu rowków w stali jest przedstawiony w poniższej tabeli…

1. Ciśnienie powietrza 80 do 100 PSI, (552 do 690 KPa) jest zalecane dla elektrod 1/2″ i 5/8″ (13 i 16 mm).
2. Kombinacja ustawień i wielokrotne przejścia mogą być stosowane do rowków głębszych niż 3/4″(19mm).

Aby wykonać cięcie lub żłobienie, frez uderza w łuk i prawie natychmiast uruchamia przepływ powietrza.

Elektroda jest skierowana w kierunku jazdy pod kątem około 45° w stosunku do osi rowka.

Prędkość jazdy, kąt nachylenia elektrody, rozmiar elektrody i natężenie prądu określają głębokość rowka. Średnica elektrody określa szerokość rowka.

Zwykłe środki ostrożności związane ze spawaniem łukiem węglowym i spawaniem w osłonie metalu mają zastosowanie do cięcia łukiem węglowym (CAC) i żłobienia. Jednakże, należy przestrzegać dwóch innych środków ostrożności.

Po pierwsze, podmuch powietrza spowoduje, że stopiony metal będzie przemieszczał się na bardzo dużą odległość. Przed operacją żłobienia należy umieścić metalowe płyty odchylające. Wszystkie materiały palne powinny być odsunięte od obszaru pracy. Przy wysokich poziomach prądu, masa usuniętego stopionego metalu jest dość duża i stanie się zagrożeniem pożarowym, jeśli nie zostanie odpowiednio opanowana.

Drugim czynnikiem jest wysoki poziom hałasu. Przy dużych prądach i wysokim ciśnieniu powietrza powstaje bardzo głośny hałas. Ochrona uszu, nauszniki lub zatyczki do uszu powinny być noszone przez osobę przecinającą łukiem elektrycznym.