Большинство современных сварочных аппаратов имеют в своей конструкции блок выпрямительных диодов, что, в свою очередь, обеспечивает постоянный сварочный ток. Для аппаратов, использующих в качестве сварочного материала проволоку (сварочных полуавтоматов) это является обязательным условием. Для аппаратов же, использующих для работы электроды это уже является опцией, позволяющей использовать практически любые марки электродов для проведения сварочных работ.
Классификация сварочной дуги по полярности постоянного тока:
а - прямая полярность; б - обратная полярность
При работе полуавтоматом необходимо обязательно соблюдать полярность подключения. Так, сварка обычной обмедненной проволокой в среде защитного газа производится током прямой полярности. То есть на изделие подается плюс, а на держак минус (прямая полярность при сварке). При таком подключении ток протекает от проволоки на изделие, в связи с чем нагрев изделия получается выше, нежели сварочной проволоки. И это закономерно. Свариваемые части имеют значительно большую площадь, соответственно, требуют большего нагрева для образования сварочной ванны. Проволока же, имеющая меньшую площадь достаточно легко плавится и в место сварки попадает уже в виде расплавленной капли. Протекающий ток, а он протекает именно от плюса к минусу, захватывает расплавившийся материал, опять же способствуя формированию качественной сварочной ванны.
Судя по комментариям посетителей нашего сайта, возникла небольшая путаница с тем, в каком все таки направлении течет ток в цепи. Давайте попытаемся внести ясность в этот вопрос!
Необходимо понимать, что "направление тока" в электротехнике - это больше условность, принятая для рисования схем. Традиционно, на схемах, принято рисовать от плюса к минусу, как будто движение тока происходит от плюса к минусу, хотя реальное движение носителей заряда в большинстве случаев происходит в обратном направлении! В случае, если проводником выступает металл (провод, электрод и т.п.), реальные носители заряда - электроны, летят от минуса к плюсу (т.к. электроны - отрицательно заряженные частицы). Если проводником выступает ионизированый газ или жидкость с ионами, в таком случае ионы летят в обе стороны.
При работе полуавтоматом без защитной среды газа, используется специальная порошковая (флюсовая) проволока. В этом случае обязательно меняется полярность подключения держака и «массы». То есть на массе «минус», а на держаке плюс (обратная полярность при сварке). Обусловлено это тем, что температура плавления флюса примерно одинакова с температурой плавления металла, однако для получения качественного шва необходимо чтобы флюс сгорел и образовал небольшое газообразное облако в среде которого и будет происходить сварочный процесс. Как уже отмечалось выше, ток течет от минуса к плюсу, поэтому и падение расплавленной капли металла будет несколько более низким, что обеспечит меньший прогрев свариваемого металла, поскольку охлаждение последнего не осуществляется средой защитного газа и формирование сварочной ванны будет примерно таким же, как и при сварке в среде газа.
Сварка цветных металлов, в частности алюминия, производится, как правило, специальным вольфрамовым электродом. В этом случае обычно используют прямую полярность при сварке - минус на электроде. Такой тип подключения позволяет получить большую температуру в зоне нагрева, что особенно критично для того же алюминия, поскольку первоначально необходимо «пробить» оксидную пленку, тем более, что температура плавления у последней гораздо выше, нежели самого металла.
Прямая полярность помимо всего прочего позволяет получить более концентрированную и узкую электрическую дугу, более глубокое проплавление металла, а, соответственно, более качественный шов и, что немаловажно, использовать меньший диаметр дорогостоящего вольфрамового электрода, а также снизить расход не менее дешевого газа.
При подключении вольфрамового электрода в обратной полярности при сварке - с плюсом на держаке - шов получается менее глубоким. Такой способ хорош при сваривании тонких пластин - в этом случае отсутствует опасность прожечь свариваемый материал. Однако ещё одним минусом является эффект «магнитного дутья». В этом случае образующаяся дуга получается блуждающей и шов получается менее красивым и герметичным.
В отличие от традиционной газовой сварки электродуговой способ отличается рядом особенностей. Одной изсамых значимых из них считается температура дуги, способная достигать 5000 ºС, что намного превышает температуру плавления любого из существующих металлов. Этим отчасти объясняется широкое разнообразие методов и технологий данного способа сварки, позволяющих решение с ее помощью самых разных задач и целей применения.
В электродуговой сварке возможно использование нескольких типов дуги, электродов с различными свойствами и разных степеней механизации. При этом процесс может вестись электродугой, питаемой токами разного рода (постоянным либо переменным), на прямой и обратной полярности в сварке швов различных пространственных положений. Помимо указанных факторов, для режима сварки имеют большое значение скорость ее проведения, диаметр, тип с маркой электрода и напряжение дуги с силой сварочного электротока. Каждый из этих параметров способен существенно влиять на ход процесса и требует тщательного учета в режиме сварки.
В подборе диаметра электрода, кроме толщин обрабатываемых металлов, имеет значение расположение шва в пространстве, а также число слоев сварки. Из различных вариантов пространственных положений предпочтительнее нижнее как самое удобное. Исходя из выбранного диаметра электрода, учитывая расположение шва, устанавливают силу сварочного электротока. В определении его рода с полярностью, помимо толщины обрабатываемого металла, оказывает влияние его вид с физико-химическими свойствами.
В ходе сварки постоянным током обратной полярности образуется большой объем тепла на электроде. Поэтому она используется для тонких металлов, помогая избежать их прожогов. Также необходима обратная полярность при сварке инвертором для обработки высоколегированных сталей, чтобы не перегревать их. Во всех остальных случаях обычно применяется переменный ток как более дешевый в сравнении с постоянным.
Сварка током прямой и обратной полярности
Сварка с прямой полярностью означает, что в ее процессе ток подается от сварочного выпрямителя на обрабатываемую заготовку положительным зарядом. При этом клемма «плюс» аппарата соединяется при помощи кабеля с изделием. На электрод, подключенный к клемме «минус», соответственно, подается посредством электрододержателя отрицательный заряд. Анод, являющийся положительным полюсом, обладает температурой выше, чем служащий отрицательным полюсом катод. Поэтому применение электротоков прямой полярности целесообразно в сварке заготовок с толстыми стенками. Также оно оправдано для резки металлических изделий и в других ситуациях, требующих выделения значительного количества тепла, чем и характеризуется данный тип подключения.
При производстве сварки током обратной полярности необходим противоположный порядок подключения. Отрицательный заряд от минусовой клеммы подается на свариваемую конструкцию, а положительный заряд от плюсовой клеммы направляется на электрод. При данной полярности сварочного электротока, в сравнении с прямым подключением, больший объем теплоты образуется на электродном конце при относительно меньшем нагревании заготовки, что способствует проведению «деликатной» сварки.
Ею пользуются при наличии вероятности прожога заготовок. Поэтому сварка электродами обратной полярностью тока целесообразна для работ с нержавеющими и легированными сталями, прочими сплавами, реагирующими на перегревание, а также для соединения тонколистовых металлических конструкций. Не менее эффективно подключение обратной полярности в сварочном процессе с помощью электродуги, газовой защиты и при флюсовой сварке.
Независимо от используемой полярности питающего электротока существует ряд общих факторов, на которые следует обращать внимание. Если применяется постоянный ток, то получаемый шов будет более аккуратным, без большого количества металлических брызг. Это объясняется отсутствием при ведении работ с постоянным электротоком частого изменения полярности, что выгодно отличает его от переменного.
Если для сварки применяются плавящиеся электроды, то из-за различно нагревающихся анода с катодом метод подключения электротока может отразиться на объеме переносимого на изделие расплавленного электродного металла. Для предупреждения возможных прожогов свариваемых заготовок в участке присоединения питающего кабеля, неважно с каким зарядом (положительным или отрицательным), необходимо воспользоваться прижимной струбциной.
Чем обусловлен выбор полярности?
На выбор полярности электрического тока налагает ограничения используемый для сварки материал покрытия электродов. Примером этого может служить сварочный процесс с применением угольных электродов, сильнее разогревающихся при сварке обратной полярностью и быстрее разрушающихся. А проволока без покрытия, к примеру, лучше горит при прямой полярности, чем при обратной, и совсем не горит при питании переменным электротоком.
От показателей режима сварки во многом зависят глубина провара с шириной образующегося шва. Так, с увеличением силы сварочного электротока даже при постоянстве скорости сварки происходит усиление провара, то есть увеличение глубины проплавления металла. Это объясняется ростом погонной энергии дуги, зависящей от количества теплоты, проходящей через единицу длины свариваемого шва. С возрастанием сварочных токов увеличивается и давление, оказываемое дугой на поверхность расплава ванной. Под его воздействием расплавленный металл может быть вытеснен из-под дуги, это чревато сквозным проплавлением детали.
На форму с размерами образуемого шва также способны влиять род электротока с его полярностью. Так, постоянный ток обратной полярности может обеспечить намного большую глубину проплавления, нежели постоянный ток с прямой полярностью, это обусловлено неодинаковыми объемами тепла, образующимися на аноде с катодом. От увеличения скорости сварочного процесса ширина шва с глубиной провара уменьшаются.
УДК 621.791.754"293
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА НА ПРОСТРАНСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ДУГИ ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ АРГОНА
А.С. Киселев, А.С. Гордынец Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Приведены результаты исследований по влиянию амплитудной модуляции переменного прямоугольного тока на пространственную устойчивость дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде аргона. Показано, что увеличение тока обратной полярности до 10 А и более способствует расширению зоны перемещения катодных пятен и, следовательно, большему отклонению дуги от оси вольфрамового электрода. Экспериментально установлено, что при сварке алюминиевых сплавов в широком диапазоне действующих значений переменного прямоугольного тока пространственное положение дуги в период протекания тока прямой полярности занимает практически соосное вольфрамовому электроду положение в случае кратковременного ограничения тока дуги обратной полярности до уровня 5 А на завершающем этапе её горения.
Дуговая сварка, алюминиевые сплавы, неплавящийся электрод, переменный прямоугольный ток, амплитудная модуляция.
Тепловая энергия электрической дуги передается электроду и свариваемому изделию в основном активными пятнами и газовыми потоками. Блуждание активных пятен по поверхности электрода и изделия, а также отклонение столба дуги от оси электрода приводит к рассредоточению тепловых потоков, что является причиной нарушения стабильности плавления свариваемого металла . В большей степени это проявляется при высокой скорости сварки и малой величине тока дуги. Таким образом, одним из факторов, определяющих эффективность процесса сварки, является пространственная устойчивость дуги.
Пространственная устойчивость дуги с неплавящимся электродом определяется скоростью потока плазмы в аксиальном направлении . При увеличении скорости этого потока смещение дуги в поперечном направлении под воздействием внешних сил ограничивается, т. е. пространственная устойчивость дуги возрастает. Одним из способов управления пространственной устойчивостью является воздействие на ее электрические параметры, т. к. с ними взаимосвязаны скорость потока плазмы и давление дуги .
Повышению пространственной устойчивости дуги при сварке алюминиевых сплавов не-плавящимся электродом в среде аргона способствует применение переменного прямоугольного тока . Об этом косвенно свидетельствуют результаты многочисленных исследований. В работах показано влияние регулируемых параметров режима сварки на характер проплавления изделия из алюминиевого сплава и ширину зоны катодного распыления. В частности, отмечено, что уменьшение тока и длительности горения дуги обратной полярности и соответствующее увеличение аналогичных параметров дуги прямой полярности позволяют увеличить глубину проплавления и уменьшить ширину шва и зоны катодного распыления. При этом давление дуги приобретает явно выраженный пульсирующий характер.
Таким образом, для обеспечения пространственной устойчивости дуги переменного прямоугольного тока необходимо задавать максимальную асимметрию параметров режима горения дуги
Киселев Алексей Сергеевич,
канд. техн. наук, доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Института нераз-рушающего контроля ТПУ. E-mail: [email protected] Область научных интересов: управление параметрами режима дуговой и контактной сварки.
Гордынец Антон Сергеевич,
инженер, ассистент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Института неразру-шающего контроля ТПУ. E-mail: [email protected] Область научных интересов: оборудование и процессы дуговой сварки.
прямой и обратной полярностей. Однако при этом возможно снижение качества сварного соединения за счет недостаточного удаления поверхностной оксидной пленки.
Цель работы - определить возможность повышения пространственной устойчивости дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде аргона посредством амплитудной модуляции переменного прямоугольного тока.
Методики проведения исследований, их результаты и обсуждение
Влияние величины тока в период горения дуги обратной полярности на ее пространственную устойчивость изучали при помощи скоростной киносъемки (3000 кадров в секунду). В первом случае ток дуги обратной полярности задавали равным 5 А, во втором - 32 А, в третьем ток модулировали таким образом, что в начале периода он был равен 5 А, а затем дискретно увеличивали до 32 А. Остальные параметры режима приведены в табл. 1. Электродами служили вольфрамовый пруток марки ЭВЧ диаметром 1,0 мм и пластина из сплава АМг6 размером 100*30*3 мм. Скорость перемещения пластины после возбуждения дуги задавали с учетом образования на её поверхности ванны расплавленного металла.
Таблица 1. Параметры режима горения дуги
Ток дуги прямой полярности, А 36
Частота смены полярности, Гц 50
Соотношение периодов горения дуги прямой и обратной полярности 2
Расход защитного газа (аргона), л/мин 5
Анализ результатов эксперимента показал, что в период горения дуги обратной полярности при величине тока 5 А катодные пятна интенсивно перемещаются по окисленной поверхности металла, непосредственно прилегающей к расплаву сварочной ванны. При этом ширина зоны катодного распыления поверхностной оксидной пленки впереди и по бокам ванны не превышает 0,3 мм. Увеличение тока дуги обратной полярности до уровня 32 А как в начале периода её горения, так и по истечении некоторого времени способствует расширению зоны интенсивного перемещения катодных пятен по окисленной поверхности. В этом случае ширина зоны катодного распыления и, следовательно, максимальное удаление катодных пятен от расплава сварочной ванны составляет 1,6...1,8 мм. Аналогичный характер изменения ширины зоны перемещения катодных пятен при увеличении тока дуги обратной полярности наблюдается при плавлении торцовой поверхности пластины из алюминиевого сплава. При этом с увеличением тока дуга обратной полярности в большей степени отклоняется от оси вольфрамового электрода, т. к. ее направленность определяется взаимным расположением активных пятен.
Пространственную устойчивость дуги в период протекания тока прямой полярности исследовали при увеличенном расстоянии между электродами с целью визуального определения направления столба дуги по отношению к оси вольфрамового электрода.
Анализ кинограмм показал, что в начальный период горения дуги прямой полярности (после смены полярности тока с обратной на прямую) её расположение в пространстве совпадает с предыдущим расположением дуги обратной полярности (рис. 1). Это свидетельствует о том, что анодное пятно формируется в месте предыдущего сосредоточения катодных пятен. По истечении некоторого времени, зависящего от степени сосредоточения катодных пятен и их отдаленности от расплава ванны в завершающий период горения дуги обратной полярности, столб дуги прямой полярности занимает практически соосное с вольфрамовым электродом положение.
С целью подтверждения взаимосвязи места формирования анодного пятна на поверхности свариваемого изделия с предыдущим сосредоточением катодных пятен был проведен следующий эксперимент. Суть его заключалась в регистрации тока прямой и обратной полярностей в цепи секционированного изделия, состоящего из трех пластин толщиной 2 мм из сплава АМг6, изолированных друг от друга. При этом центральная пластина располагалась симметрично по отношению к вольфрамовому электроду. Подключение пластин секционированного изделия к сварочной цепи осуществляли через коаксиальные шунты (рис. 2). Зазор между пластинами в процессе оплавления
торцовой поверхности составлял 0,2...0,3 мм. Параметры режима горения дуги переменного прямоугольного тока соответствовали указанным в таблице, а ток дуги обратной полярности задавали равным 32 А.
Рис. 1. Кинограммы дуги при смене полярности: 1пп - ток дуги прямой полярности (36 А); 1оп -ток дуги обратной полярности (32 А); 4п - период горения дуги обратной полярности; 4п - период горения дуги прямой полярности; скорость съемки 3000 кадров/с
Рис. 2. Схема подключения секционированного изделия к сварочной цепи: 1, 3 - боковые пластины; 2 - центральная пластина; 4, 5 - осциллографы; 6 - источник переменного прямоугольного тока; RS1, RS2 - коаксиальные шунты
Результаты эксперимента показали, что в процессе относительного движения электродов со скоростью, обеспечивающей плавление торцовой поверхности центральной пластины секционированного изделия и частичное оплавление поверхностей боковых пластин, катодные пятна в период горения дуги обратной полярности периодически формируются как на центральной, так и на боковых пластинах (рис. 3).
Рис. 3. Осциллограмма тока в цепи боковых пластин секционированного изделия = 17,8 А/дел; ц, = 0,1 с/дел)
Кроме того, регистрировались случаи одновременного существования катодных пятен на соседних пластинах. Из этого следует, что в момент повторного возбуждения дуги прямой полярности место формирования анодного пятна, имеющего конечные размеры и плотность тока, определяется предысторией существования дуги обратной полярности.
В частности, если в момент, предшествующий смене полярности, дуга обратной полярности горела между вольфрамовым электродом и боковой пластиной, то анодное пятно при повторном возбуждении дуги прямой полярности стремится также занять положение на этой пластине. Причем площадь охвата поверхности боковой пластины анодным пятном и, следовательно, величина тока прямой полярности, регистрируемая в цепи этой пластины, увеличивается в большей степени в случае преимущественного возбуждения и горения на ней дуги обратной полярности. При последующем изменении характера горения дуги обратной полярности, а именно преимущественном ее горении на центральной пластине, анодное пятно в периоды горения дуги прямой полярности перемещается на центральную пластину.
Таким образом, результаты эксперимента с использованием секционированного изделия согласуются с данными скоростной киносъемки. Отмеченную закономерность поведения дуги в период протекания тока прямой и обратной полярности можно объяснить следующим образом. Известно, что горение дуги обратной полярностей на холодном катоде, поверхность которого покрыта оксидной пленкой, сопровождается интенсивным перемещением катодных пятен в пределах границы газового ореола . При этом взаимное расположение катодных пятен периодически изменяется от сосредоточенного до рассеянного даже при минимальном токе.
Как только начинается плавление поверхности катода на локальном участке, катодные пятна располагаются преимущественно у границы раздела твердой и жидкой фаз металла . Изменение характера расположения и перемещения пятен в этом случае обусловлено уменьшением толщины поверхностной оксидной пленки у границы раздела фаз и, следовательно, уменьшением энергии связи ее с металлом подложки, что является причиной снижения порогового тока дуги. С увеличением тока дуги обратной полярности происходит вытеснение части катодных пятен с границы раздела фаз на поверхность с более толстой оксидной пленкой. В результате увеличивается зона катодного распыления и, следовательно, дуга обратной полярности в большей степени подвергается отклонениям от оси вольфрамового электрода.
Отклонение при повторном возбуждении дуги прямой полярности в сторону предыдущего сосредоточения катодных пятен связано с остаточными явлениями в межэлектродном промежутке и на поверхности электродов при нулевом значении тока. Известно, что после по-
гасания дуги на исчезновение испарений с электродов в местах бывшего расположения активных пятен, а также заряженных частиц в межэлектродном промежутке требуется конечное время . Учитывая, что экспериментальная установка обеспечивает очень малую длительность бестоковой паузы при смене полярности с обратной на прямую, эти явления проявляются в большей степени. Кроме того, на отклонение дуги прямой полярности оказывает влияние характер распределения температуры газовой среды, в которой дуга возбуждается и горит в течение соответствующего периода.
В частности, О.Я. Новиков показал, что при дополнительном нагреве зона проводимости электрической дуги перемещается в направлении источника нагрева. Из этого следует, что зона проводимости дуги обратной полярности, имеющая максимальную температуру по отношению к окружающей среде, в случае характерного отклонения дуги от оси вольфрамового электрода и мгновенной смены полярности тока может рассматриваться как дополнительный внешний источник нагрева для дуги прямой полярности. Дополнительный подогрев способствует асимметрии проводимости дуги и соответствующему перераспределению линий тока . Плавный характер изменения пространственного положения дуги прямой полярности и анодного пятна связан с тепловой инерцией пятна и газа в межэлектродном промежутке.
Представленные выше результаты эксперимента подтверждают ранее выдвинутое предположение о том, что основным параметром режима сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом, определяющим пространственную устойчивость дуги переменного прямоугольного тока, является величина тока в сварочной цепи на завершающем этапе горения дуги обратной полярности. С учетом этой зависимости можно разрешить противоречие между требованиями, предъявляемыми к режиму сварки с точки зрения качественной очистки поверхности изделия от оксидной пленки и повышения пространственной устойчивости дуги. Для этого необходимо принудительно ограничивать величину тока в сварочной цепи до минимального значения непосредственно перед сменой полярности с обратной на прямую.
Такой вывод подтверждается результатами дополнительного эксперимента с использованием секционированного изделия. Из осциллограмм на рис. 4 следует, что, несмотря на относительно большое действующее значение тока в период горения дуги обратной полярности (30...32 А) и интенсивное блуждание катодных пятен (рис. 4, б), принудительное ограничение тока перед сменой полярности до уровня 5 А уменьшает отклонение дуги прямой полярности от оси вольфрамового электрода.
Рис. 4. Осциллограммы тока в сварочной цепи и в цепи боковых пластин секционированного изделия: а) ток в сварочной цепи (д- = 17,8 А/дел); б) ток в цепи боковых пластин (д = 8,9 А/дел); д = 0,02 с/дел
1. Увеличение тока обратной полярности до 10 А и более способствует расширению зоны перемещения катодных пятен и, следовательно, большему отклонению дуги от оси вольфрамового электрода.
2. В начальный период горения дуги прямой полярности расположение её в пространстве совпадает с предыдущим расположением дуги обратной полярности и связано с остаточными явлениями в межэлектродном промежутке и на поверхности электродов при нулевом значении тока.
3. Экспериментально установлено, что при сварке алюминиевых сплавов в широком диапазоне действующих значений переменного прямоугольного тока пространственное положение дуги в период протекания тока прямой полярности занимает практически соосное вольфрамовому электроду положение в случае кратковременного ограничения тока дуги обратной полярности до уровня 5 А на завершающем этапе её горения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.
2. Ковалев И.М., Акулов А.И., Мартинсон Л.К. О некоторых закономерностях в течениях дуговых плазменных потоков // Физика и химия обработки материалов. - 1972. -№ 2. - С. 9-14.
3. Электрическая дуга при сварке / ВЦП. - 1986. - № М-04340. - 91 с. - Пер. ст.: The electric arc in welding // The Physics of Welding. Oxford: International Institute of Welding, 1984. - P. 134-203.
4. Киселев А.С. Исследование пространственной устойчивости дуги переменного тока с прямоугольной формой волны: тез. докл. I Научно-практической конференции сварщиков Средней Азии и Казахстана. - Караганда, 1991. - С. 12-13.
5. Короткова Г.М., Славин Г.А., Филиппов М.А. Исследование процесса сварки дугой переменного тока прямоугольной формы // Сварочное производство. - 1971. -№ 10. - С. 4-6.
6. Дуговая сварка на переменном токе алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом в среде инертного газа // Информэлектро. - 1986. - № 51102. - С. 16. - Пер. ст.: Maruo H., Hirata Y. Rectanqular ware AC TIG welding of aluminium alloy // International Institute of Welding. Document. - 1986. - № 212-647-86. - P. 1-10.
7. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. - М.: Наука, 1968. - 244 с.
8. Гвоздецкий В.С., Рублевский И.Н., Яринич Л.М. Преддуговые процессы на холодных катодах со слабоионизированным разрядным промежутком // Автоматическая сварка. - 1977.
- № 10. - С. 17-22.
9. Столбов В.И. Исследование формы сварочной дуги // Автоматическая сварка. - 1979. - № 2.
С. 15-17, 22.
10. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. - М.: Машиностроение, 1970. - 335 с.
11. Новиков О.Я. Устойчивость электрической дуги. - Л.: Энергия, 1978. - 156 с.
12. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961. - 254 с.
13. Ковалев И.М. Пространственная устойчивость движущейся дуги с неплавящимся катодом // Сварочное производство. - 1972. - № 8. - С. 1-3.
В зависимости от ряда факторов, сварочная дуга, подаваемая при сварке постоянным током, может иметь прямую или обратную полярность. В первом случае к обрабатываемым элементам подводится заряд «плюс», а к электроду - «минус». Обратная полярность при сварке отличается подачей к электроду «плюса» и «минуса» к детали. Подробнее о специфике методов - далее.
При прямой направленности кабель для сварки соединяет свариваемый элемент с положительной клеммой аппарата. Таким образом положительный заряд доходит от инвертора к заготовке; отрицательный же подается посредством электрододержателя.
Данный тип подключения вызывает увеличение температуры на аноде (полюсе «+»), если сравнивать с катодом («-»). Это обуславливает сферу использования прямой полярности при сварке. Она применима для резки металлических конструкций, заготовок с толстыми стенками, а также в случаях, когда необходимо выделение большого количества тепла или создание высокой температуры процесса.
Обратная полярность при сварке инвертором - это подача отрицательного заряда на обрабатываемый металл, а положительного - на электрод. Ситуация с выделением тепла противоположная - на расходном элементе наблюдается избыточный нагрев, а у свариваемой заготовки - недостаточный. Поэтому обратную полярность при сварке используют, если необходимо минимизировать порчу заготовки при работе, а также для деликатных работ. Она используется для неразъемных соединений таких материалов, как:
- нержавеющая сталь;
- тонколистовой металл;
- высокоуглеродистая, либо легированная сталь;
- сплавы, восприимчивые к перегреву.
Наиболее известные виды сварки, где используется подача тока обратной направленности - флюсовая электродуговая и в среде защитных газов.
Закономерности выбора
Почему для одних работ выбирается обратная, а для других - прямая полярность при сварке? Ответим на сей вопрос, рассмотрев термические особенности процесса с использованием обратной направленности.
Габариты и форма получаемого шва также зависят от расположения полюсов. Например, более глубокая проплавка возможна при постоянном токе обратной направленности, что обусловлено увеличенным теплообразованием на аноде и катоде.
Немаловажно помнить - чем быстрее осуществляется сварочный процесс, тем ширина шва и глубина провара становятся меньше.
Какое оборудование использовать
Обратное направление востребовано в работе особыми установками. Специфика в том, что машина подает проволоку с некоторой скоростью на заготовку, поэтому возможен выбор нескольких типов сварки.
Например, в среде защитных газов (когда используется аргон или углекислый газ), либо с использованием проволоки, обработанной порошком. Обратная направленность тока применима при работе с газами, прямая - когда процесс выполняется порошковой проволокой (также известной как флюсовой).
Полуавтоматическая сварка предполагает ряд изменений процесса. Во-первых, подключение «держака» и «массы» меняется - на первом «плюс», на второй «минус» (обратная). Делается это для того, чтобы флюс выгорел полностью, а сварочный процесс произошел внутри образовавшегося газообразного облака. Металл будет меньше прогреваться, а разбрызгивание капель сведется к минимуму.
Прямая используется для сварки цветных металлов, когда рабочим расходным элементом выступает вольфрамовый электрод. Таким образом достигается увеличение температуры в зоне нагрева, что может быть критично для, например, алюминия.
В работе с переменным током задача пользователя - своевременно менять расходные элементы. Профессионалы же или продвинутые любители предпочитают постоянный ток как надежный залог качественной сварки. Работа с инвертором позволяет выбирать один из двух известных вариантов действий. Прямая и обратная полярность при сварке выступают способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор направления диктуется рядом факторов, главные из которых - материал расходников и используемое оборудование.
Если вы знаете другие специфические особенности выбора параметров сварки, поделитесь информацией в комментариях к статье.