[科普中國]-電弧切割

概念介紹

所有的金屬材料幾乎都可以用電弧切割。電弧切割分為碳弧切割、氣刨和空心焊條電弧切割3種。

①碳弧切割：用鉗式割炬夾持圓柱形、扁形或矩形的碳棒作為電極之一，另一電極為工件。壓縮空氣從割炬噴氣孔噴出，并沿碳棒側(cè)面或四周噴向電弧在工件上的燃著點，吹除熔化金屬和熔渣，形成切口。碳弧切割可用于切除焊縫缺陷、開坡口、切除鑄件冒口、飛邊、毛刺和缺陷，以及廢品廢料的解體等。

②氣刨：用碳弧切割的方法在工件表面上開槽。

③空心焊條電弧切割：原理和用途與碳弧切割相似。電極用特制的空心焊條，焊條的藥皮起穩(wěn)定電弧和增大熔化金屬流動性的作用。壓縮空氣從焊條中心孔噴出，吹除被電弧熔化的金屬和熔渣，形成切口。1

加工方法電弧切割主要有碳弧氣刨、碳弧刨割條和等離子弧切割三種加工方法。

1．等離子弧切割是一種常用的金屬和非金屬材料切割的工藝方法。它利用高速、高溫和高能的等離子氣流來加熱和熔化被切割材料。

2．碳弧氣刨

碳弧氣刨是利用碳極電弧的高溫；把金屬的局部加熱到熔化狀態(tài)，同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉，從而達到對金屬進行切割的一種加工方法。

3．碳弧刨割條

碳弧刨割條的外形與普通焊條相同。是利用藥皮在電弧高溫下產(chǎn)生的噴射氣流，吹除熔化金屬，達到刨割的目的。工作時只需交、直流弧焊機，不用空氣壓縮機。1

適用范圍及特點（1）在清除焊縫缺陷和清理焊根時，能在電弧下清楚地觀察到缺陷的形狀和深度，生產(chǎn)效率高，同時可對缺陷進行修復(fù)。

（2）可用來加工焊縫坡口，特別適用于開U型坡口；

（3）使用方便，操作靈活；

（4）可進行全位置操作。可以清理鑄件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷；

（5）加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、高合金鋼、銅和鋁及其合金等，對有耐腐蝕要求的不銹鋼一般不采用此種方法切割。

（6）設(shè)備、工具簡單，操作使用安全。

（7）碳弧氣割可能產(chǎn)生的缺陷有夾碳、粘渣、銅斑、割槽尺寸和形狀不規(guī)則等。1

電弧切割的安全操作1、手工電弧焊的安全操作

(1)手工電弧操作保同必須進行安全技術(shù)培訓(xùn)，考試合格并取得操作證后，方可獨立作業(yè)。

(2)在禁火區(qū)內(nèi)進行焊割前，必須實行動火審批制度，由有關(guān)部門出具動火許可證后，方可作業(yè)。

(3)搬運焊機、檢修焊機、更換保險絲、改變極性等必須切斷電源開關(guān)才能進行。

(4)安裝、檢修焊機或更換保險絲等應(yīng)由電工進行，焊工不得擅自進行。

(5)在焊接作業(yè)場地l0m范圍內(nèi)，不得有易燃易爆物品。

(6)焊工的手或身體的某一部分不能接觸導(dǎo)電體。在潮濕地點操作時，地面上應(yīng)鋪設(shè)橡膠絕緣墊。

(7)工作前要檢查設(shè)備、工具的絕緣層有無破損，接地是否良好。

(8)工作時必須按規(guī)定穿戴好個人防護用品。

(9)推、拉電源閘刀時，要戴絕緣手套，站在側(cè)面，用左手推閘，動作要快，以防電弧火花灼傷臉部。

(10)在容器及艙室內(nèi)焊接要設(shè)監(jiān)護人和通風(fēng)裝置。使用的行燈電壓為12V。

(11)登高作業(yè)之前，應(yīng)先檢查作業(yè)點下面地面是否符合安全要求。腳手架、橋板是否牢靠。登高作業(yè)應(yīng)扎標(biāo)準防火安全帶，并要注意防止重物和工具下落傷人。

(12)焊接過程中要注意防爆、防火。

(13)工作結(jié)束后要認真檢查現(xiàn)場，確認安全后方可離開。

2、電弧切割的安全操作

除遵守手工電弧焊的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)注意以下幾點：

(1)電弧切割時電流較大，要防止焊機過載發(fā)熱。

(2)電弧切割時煙塵大，操作者應(yīng)佩戴送風(fēng)式面罩。作業(yè)場地必須采取排煙除塵措施，加強通風(fēng)。

(3)電弧切割時大量高溫液態(tài)金屬及氧化物從電弧下被吹出，應(yīng)防止?fàn)C傷和火災(zāi)。

(4)電弧切割時噪聲較大，操作者應(yīng)戴耳塞。1

深水套管電弧切割裝置海上油氣井及采油平臺拆除中最重要的、也是首先要解決的一道工序是對廢棄井口的處理，根據(jù)相關(guān)的法律法規(guī)，必須把泥線以下四米包括水下井口頭系統(tǒng)在內(nèi)的套管水泥環(huán)切割回收，泥線上不得遺留任何人工構(gòu)建物。因此，需要派遣專業(yè)的作業(yè)人員，采用特殊的水下切割工具和井口頭回收工具，才能完成水下特殊環(huán)境的拆除任務(wù)。然而，水下工作環(huán)境比較惡劣，同時泥線以下的只能從套管內(nèi)部切割，作業(yè)空間有限，傳統(tǒng)的切割方法和工具很難實現(xiàn)切割任務(wù)。因此研究開發(fā)新型的水下套管切割工藝和設(shè)計高效的切割工具是我們的主要任務(wù)。

深水套管電弧切割裝置的原理如下：深水套管電弧切割裝置主要由井口懸掛器、上扶正器、旋轉(zhuǎn)電機、電弧切割裝置、下扶正器和導(dǎo)向裝置等組成。

其作業(yè)過程是：深水套管電弧切割裝置通過絲扣和鉆桿連接。開始切割作業(yè)之前，首先將該設(shè)備放入水下套管之中，當(dāng)切割工具下放到預(yù)定位置時，懸掛工具鎖緊在井口頭的絲扣上，作為整個設(shè)備的基座。然后撐開上、下扶正器，在套管內(nèi)壁上產(chǎn)生一定的扶正力，使切割工具固定在套管內(nèi)壁，同時也起到對中作用，通過井口懸掛器和扶正器的雙重保障，確保了切割工具的切割穩(wěn)定性。接著，開始對電源進行控制，首先將電源的正極通過井口頭加載到套管上，其次把電源的負極通過電纜和導(dǎo)電環(huán)加載到工具電極上，然后接通電源，使電極和套管直接形成電場。最后通過伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動控制執(zhí)行電機，驅(qū)動電極伺服進給；當(dāng)工具電極與套管的距離達到擊穿間隙的范圍，在高壓高頻引弧電源的作用下將產(chǎn)生電弧放電，隨后由大功率 IGBT 逆變直流切割電源維持低壓大電流電弧，放電時產(chǎn)生的高溫和高壓會瞬間融化剝蝕套管，在工具電極伺服進給之下，套管和電極之間維持穩(wěn)定放電，套管局部點在一定時間內(nèi)被切透。在電極伺服進給的時候，整個電極送進機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)電機帶動進行驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)套管全圓周的穩(wěn)定放電環(huán)切。2