Minaprem.com

Obloukové svařování je jedním z typů tavného svařování, při kterém se základní kovy taví působením tepla za vzniku koalescence. Potřebné teplo dodává elektrický oblouk tvořený mezi kladnými a zápornými svorkami elektrického obvodu zabudovaného ve zdroji energie. Pro účely svařování je pracovní kov tvořen jednou svorkou a elektroda druhou, a tak mezi nimi ve vnějším obvodu vzniká oblouk. Protože elektrony vždy proudí ze záporné svorky do kladné svorky jakéhokoli vnějšího obvodu, tak na základě provedeného spojení jsou možné dva případy:

1. Elektroda je spojena se zápornou svorkou zdroje energie; zatímco základní kovy jsou spojeny s kladnou svorkou.
2. Základní kovy jsou spojeny se zápornou svorkou zdroje; zatímco elektroda je spojena s kladnou svorkou.

Pokud však zdroj poskytuje střídavý proud (AC), pak oba stavy nastávají postupně v každém cyklu. V zásadě mohou zdroje pro obloukové svařování poskytovat buď stejnosměrný, nebo střídavý typ proudu. Některé moderní napájecí zdroje obsahují také zařízení pro převod jednoho proudu z druhého (integrované s měničem AC-DC), takže tyto zdroje mohou dodávat jak střídavý, tak stejnosměrný proud. Obloukové svařování lze tedy provádět v kterékoli z následujících tří polarit; každá z nich má však oproti ostatním určité výhody, jak je rozvedeno v následujících kapitolách.

Polarita udává směr toku proudu (jinak řečeno – elektronů) mezi základními deskami a elektrodou ve vnějším obvodu. Pamatujte, že směr toku proudu je považován za opačný než tok elektronů.

• Stejnosměrný proud Přímá polarita – nastává, když je elektroda záporná a základní desky kladné. Elektrony tedy proudí od hrotu elektrody k základním deskám.
• Stejnosměrný proud opačné polarity-vzniká, když je elektroda kladná a základní desky jsou záporné. Elektrony tedy proudí od základních desek k elektrodě.
• Střídavá polarita proudu – pokud zdroj poskytuje střídavý proud, pak výše uvedené dva případy nastanou jeden po druhém v každém cyklu. V jedné polovině cyklu bude elektroda záporná (takže základní desky budou kladné) a v další polovině bude elektroda kladná (takže základní desky budou záporné). Počet cyklů za sekundu závisí na frekvenci napájení. Například při napájení 60 Hz proběhne za každou sekundu 60 cyklů.

Polarita stejnosměrné elektrody kladná (DCEP) při obloukovém svařování

Při napájení stejnosměrným proudem (DC), kdy je elektroda připojena kladnou svorkou a základní desky zápornou svorkou, se označuje jako stejnosměrná elektroda kladná (DCEP) nebo stejnosměrná reverzní polarita (DCRP). Elektrony se tedy uvolňují ze základní desky a proudí směrem k elektrodě přes vnější obvod. Nepřetržitý tok laviny elektronů v malém průchodu vytváří oblouk (zdroj tepla).

Elektrony, které se uvolňují ze základních desek (záporná polarita), jsou díky přítomnosti rozdílu potenciálů urychlovány a mohou dopadat na elektrodu (kladná polarita) velmi vysokou rychlostí. Při nárazu se kinetická energie elektronů přemění na tepelnou energii, což v konečném důsledku vede k vysoké tvorbě tepla v blízkosti hrotu elektrody. Obecně se má za to, že dvě třetiny (66 %) tepla celého oblouku vznikají na elektrodě, zatímco na základní desce vzniká pouze jedna třetina (33 %) tepla. V důsledku toho se elektroda rychle roztaví a zvýší se rychlost usazování kovu (pouze u spotřebních elektrod). Na druhou stranu se základní desky v důsledku nedostatečného tepla řádně netaví, a tak vznikají různé vady, jako je nedostatečné tavení, nedostatečná penetrace, vysoké zesílení atd. Proud elektronů ze základní desky však odstraňuje olej, povlak, vrstvu oxidu nebo prachové částice přítomné na povrchu základní desky (označované jako čištění oxidů).

• Přečtěte si více: Stejnosměrný proud s obrácenou polaritou (DCRP) při obloukovém svařování.

Výhody polarity DCEP při obloukovém svařování

• Lepší účinek čištění oblouku, takže je menší pravděpodobnost vzniku inkluzních vad.
• Vysoká objemová rychlost ukládání přídavné elektrody, takže rychlejší svařování.
• Lepší výkon při svařování tenkých desek. Snižuje úroveň deformace, zbytkového napětí, úplného proříznutí atd.
• Vhodný pro spojování kovů s nízkými body tání, jako je měď a hliník.

Nevýhody polarity DCEP při obloukovém svařování

• Kratší životnost elektrody u nespotřebitelných elektrod.
• Vyšší úroveň zesílení, pokud není správně nastavena rychlost.
• Nedostatečné tavení a neúplný průvar.
• Nedokáže správně natavit silné plechy nebo kovy s vysokou teplotou tavení.

Polarita záporné elektrody stejnosměrného proudu (DCEN) při obloukovém svařování

Oproti DCEP, kdy je elektroda připojena zápornou svorkou a základní plechy kladnou svorkou, se pak označuje jako záporná elektroda stejnosměrného proudu (DCEN) nebo přímá polarita stejnosměrného proudu (DCSP). Elektrony tedy proudí od elektrody k základním deskám. V důsledku toho se na základní desce generuje více tepla ve srovnání s elektrodou, takže se snižuje rychlost depozice kovu. Také se eliminují různé defekty způsobené nedostatečným natavením základního kovu. DCEN však postrádá čisticí účinek, takže pokud nejsou základní desky před svařováním řádně očištěny, mohou vznikat vady inkluze. Výhody a nevýhody polarity DCEN jsou popsány níže.

• Přečtěte si více: Přímá polarita stejnosměrného proudu (DCSP) při obloukovém svařování.
• Přečtěte si více: Rozdíl mezi DCEN a DCEP při obloukovém svařování.

Výhody polarity DCEN při obloukovém svařování

• Dostatečné natavení obecných kovů, a tím i dosažení správného průvaru.
• Menší možnost inkluze wolframu (u svařování TIG) a také nízké zesílení.
• Vhodnější volba pro svařování kovů s vysokou teplotou tání, jako je titan, nerezová ocel atd.
• Tlusté plechy lze také řádně spojit.

Nevýhody polarity DCEN při obloukovém svařování

• Nepůsobí čištění oblouku, takže je pravděpodobnost vzniku inkluzních vad.
• Vysoká úroveň deformace.
• Vysoká tvorba zbytkových napětí na svařovaných součástech.
• Širší tepelně ovlivněná zóna (HAZ).
• Nižší produktivita kvůli nižší rychlosti nanášení.
• Není vhodný pro svařování tenkých plechů.

Střídavá polarita proudu (AC) při obloukovém svařování

Polarita AC nabízí výhody DCEN i DCEP; avšak pouze do určité míry. U zdroje střídavého proudu se v polovině cyklu elektroda stává zápornou a v další polovině cyklu se elektroda stává kladnou. Tento cyklus se opakuje 50 nebo 60krát za sekundu v závislosti na frekvenci napájení (50 Hz nebo 60 Hz). Některé zdroje napájení také umožňují měnit tuto frekvenci.

• Přečtěte si více: Polarita střídavého proudu při obloukovém svařování.
• Přečtěte si více: Srovnání mezi polaritou DCEN, DCEP a střídavou polaritou svařování.

Výhody střídavé polarity při obloukovém svařování

• Mírný účinek čištění oblouku.
• Kompatibilní s většinou typů elektrod (ale ne se všemi).
• Lepší tavení a penetrace svarového kovu.
• Vhodný pro široký rozsah tlouštěk plechů.

Jak polarita ovlivňuje výkonnost obloukového svařování?

Polarita je jedním z rozhodujících faktorů, které ovlivňují kvalitu svarových spojů. Před svařováním musí svářeč zvolit vhodnou polaritu v závislosti na požadavku, typu přídavného materiálu, typu elektrody a základního materiálu. Následující seznam uvádí parametry, které jsou běžně ovlivněny polaritou svaru. Podrobné informace naleznete v následujícím textu: Jak polarita ovlivňuje výkonnost obloukového svařování?

• Ukládání přídavného materiálu – U přídavné elektrody DCEP polarita zvyšuje rychlost ukládání kovu. Více informací naleznete v článku: Jaká polarita poskytuje maximální rychlost ukládání při obloukovém svařování a proč?
• Provařování-DCEN polarita zvyšuje provařování. Přečtěte si: Která polarita poskytuje lepší penetraci při obloukovém svařování a proč?
• Čištění základní desky-DCEP pomáhá při čištění základní desky během svařování, a tím snižuje možnost vzniku inkluzních vad. Přečtěte si: Která polarita poskytuje lepší čištění oxidů při obloukovém svařování a proč?
• Zpevnění-DCEP způsobuje kulovitý způsob přenosu kovu, takže zvětšuje šířku svarového svazku.
• HAZ-DCEN polarita rychle zahřívá základní desky, a pokud není upravena rychlost, pak se HAZ rozšiřuje.
• Vzhled svarového svazku-AC, velmi závisí na mnoha dalších faktorech.

Jak správně zvolit polaritu svařování?

Je třeba poznamenat, že výběr polarity svařování vyžaduje zvážení velkého množství faktorů; níže je však uvedeno pouze několik základních faktorů. Výběru polarity pro konkrétní aplikaci je třeba věnovat náležitou pozornost.

• Pokud je vaším základním kovem hliník nebo hořčík, pak je lepší volbou DCEP, protože může porušit vrstvu oxidu (oxid hlinitý-Al2O3) přítomnou na povrchu desky. Také teplota tání hliníku je poměrně malá (660 ºC), takže nevyžaduje vysokou tvorbu tepla v blízkosti základní desky.
• Pokud svařujete titan nebo nerezovou ocel, pak je lepší volbou AC, protože vám poskytne všechny požadované výhody. Zde může DCEN zvětšit zónu HAZ.
• Pokud má pracovní materiál špatnou emisivitu elektronů nebo potřebuje vysoké napětí pro emisi elektronů, pak je DCEP špatnou volbou, protože může vést k nestabilnímu oblouku.
• Pokud je tloušťka základní desky větší (>6 mm), pak je vhodnější volbou DCEN. Je také nutná příprava hran. Podobně pro tenké plechy je třeba zvolit DCEP.
• Při svařování metodou TIG může použití polarity DCEP vést k tvorbě kuliček na hrotu elektrody, což vede ke snížení životnosti elektrody. Může to mít také za následek vadu inkluze wolframu.

.