Minaprem.com

Lysbuesvejsning er en type fusionssvejsningsproces, hvor uædle metaller smeltes ved at tilføre varme for at danne en koalescens. Den nødvendige varme tilføres af en lysbue, der dannes mellem positive og negative terminaler i et elektrisk kredsløb, der er indbygget i en strømkilde. Til svejseformål er arbejdsmetallet en terminal og elektroden en anden, og der dannes således en lysbue mellem dem i det eksterne kredsløb. Da elektroner altid strømmer fra den negative terminal til den positive terminal i ethvert eksternt kredsløb, er der to mulige tilfælde baseret på forbindelsen:

1. Elektroden er forbundet med strømkildens negative terminal, mens grundmetaller er forbundet med den positive terminal.
2. Basismetaller er forbundet med strømkildens negative terminal; mens elektrode er forbundet med den positive terminal.

Hvis strømkilden leverer vekselstrøm (AC), så forekommer begge forhold efter hinanden i hver cyklus. Grundlæggende kan strømkilder til lysbuesvejsning levere enten jævnstrøm eller vekselstrøm. Nogle moderne strømkilder indeholder også mulighed for at konvertere den ene fra den anden (integreret med AC-DC-konverter), så disse kilder kan levere både veksel- og jævnstrøm. Derfor kan lysbuesvejsning udføres i en af følgende tre polariteter; hver af dem har dog visse fordele i forhold til de andre, som uddybes i de efterfølgende afsnit.

Polariteten angiver retningen af strømmen (med andre ord – elektroner) mellem grundplader og elektrode i det eksterne kredsløb. Husk, at strømmenes retning betragtes som modsatrettet af elektronernes strømning.

• Lige strøm Lige polaritet – opstår, når elektroden gøres negativ, og grundpladerne gøres positive. Elektroner strømmer således fra elektrodespidsen til grundpladerne.
• Lige strøm omvendt polaritet – opstår, når elektroden gøres positiv, og grundpladerne gøres negative. Elektroner strømmer således fra grundpladerne til elektroden.
• Polaritet ved vekselstrøm – hvis strømkilden leverer vekselstrøm, vil ovenstående to tilfælde forekomme efter hinanden i hver cyklus. I den ene halvdel af cyklussen vil elektroden være negativ (så grundpladerne vil være positive), og i den næste halvdel vil elektroden være positiv (så grundpladerne vil være negative). Antallet af cyklusser pr. sekund afhænger af forsyningsfrekvensen. Med en 60 Hz-strømforsyning forekommer der f.eks. 60 cyklusser i hvert sekund.

Direct Current Electrode Positive (DCEP) polaritet i lysbuesvejsning

Med jævnstrøm (DC) strømforsyning, når elektroden er forbundet med den positive terminal og bundpladerne med den negative terminal, betegnes det som Direct Current Electrode Positive (DCEP) eller Direct Current Reverse Polarity (DCRP). Elektroner frigøres således fra grundpladen og strømmer mod elektroden via det ydre kredsløb. En kontinuerlig strøm af en lavine af elektroner i en lille passage frembringer lysbuen (varmekilde).

Elektroner, der udgår fra grundpladerne (negativ polaritet), accelereres på grund af tilstedeværelsen af potentialforskellen og får lov til at ramme elektroden (positiv polaritet) med en meget høj hastighed. Ved anslaget omdannes elektronernes kinetiske energi til termisk energi, hvilket i sidste ende resulterer i en høj varmeudvikling i nærheden af elektrodespidsen. Som tommelfingerregel regner man med, at to tredjedele (66 %) af den samlede lysbuevarme genereres ved elektroden, mens kun en tredjedel (33 %) af varmen genereres ved grundpladen. Som følge heraf smelter elektroden hurtigt, og metalaflejringshastigheden øges (kun for forbrugselektroder). På den anden side smelter grundpladerne ikke ordentligt på grund af mangel på tilstrækkelig varme, og der opstår derfor forskellige fejl, f.eks. utilstrækkelig smeltning, manglende indtrængning, stor forstærkning osv. Elektronstrømmen fra grundpladen fjerner imidlertid olie, belægning, oxidlag eller støvpartikler, der er til stede på grundpladens overflade (betegnes som oxidrensning).

• Læs mere: Direkte strøm omvendt polaritet (DCRP) i lysbuesvejsning.

Fordele ved DCEP-polaritet i lysbuesvejsning

• Bedre lysbuerensende virkning, så mindre risiko for inklusionsfejl.
• Høj volumenaflejringshastighed for forbrugselektroden, så hurtigere svejsning.
• Bedre ydeevne til svejsning af tynde plader. Det reducerer forvrængningsniveauet, restspændinger, komplet skæring osv.
• Velegnet til sammenføjning af metaller med lavt smeltepunkt, såsom kobber og aluminium.

Ulemper ved DCEP-polaritet i lysbuesvejsning

• Kortere levetid for elektroder uden forbrugselektroder.
• Højere niveau af forstærkning, hvis hastigheden ikke er justeret korrekt.
• Insufficient smeltning og ufuldstændig indtrængning.
• Kan ikke smelte tykke plader eller metaller med højt smeltepunkt korrekt.

Direct Current Electrode Negative (DCEN) polaritet i lysbuesvejsning

I modsætning til DCEP, når elektroden er forbundet med den negative terminal og grundpladerne med den positive terminal, betegnes det som Direct Current Electrode Negative (DCEN) eller Direct Current Straight Polarity (DCSP). Elektronerne strømmer således fra elektroden til basispladerne. Som følge heraf genereres der mere varme på grundpladen end på elektroden, så metalaflejringshastigheden reduceres. Også forskellige defekter forårsaget af utilstrækkelig fusion af grundmetallet elimineres. Men DCEN mangler rengøringsvirkning, så der kan opstå inklusionsfejl, hvis grundpladerne ikke rengøres ordentligt før svejsning. Fordele og ulemper ved DCEN-polaritet er diskuteret nedenfor.

• Læs mere: Direkte strøm lige polaritet (DCSP) i lysbuesvejsning.
• Læs mere: Forskellen mellem DCEN og DCEP i lysbuesvejsning.

Fordele ved DCEN-polaritet i lysbuesvejsning

• Tilstrækkelig sammensmeltning af uædle metaller og dermed kan der opnås korrekt indtrængning.
• Mindre risiko for wolframinddragelse (med TIG-svejsning) og også lav forstærkning.
• Bedre valg til svejsning af metaller med højt smeltepunkt, såsom titanium, rustfrit stål osv.
• Tykke plader kan også sammenføjes korrekt.

Ulemper ved DCEN-polaritet ved lysbuesvejsning

• Ingen lysbuerensende virkning, så chancer for inklusionsdefekter.
• Højt forvrængningsniveau.
• Høj restspændingsgenerering ved de svejsede komponenter.
• Breddere varmepåvirkede zone (HAZ).
• Lækkerere produktivitet på grund af lavere udfældningshastighed.
• Uegnet til svejsning af tynde plader.

Alternating Current (AC) polaritet i lysbuesvejsning

AC polaritet giver fordele ved både DCEN og DCEP; dog kun i et vist omfang. Med vekselstrømskilde bliver elektroden i halvdelen af cyklussen negativ og i den næste halvdel af cyklussen bliver elektroden positiv. Denne cyklus gentages 50 eller 60 gange i sekundet, afhængigt af forsyningsfrekvensen (50 Hz eller 60 Hz). Nogle strømkilder giver også mulighed for at ændre denne frekvens.

• Læs mere: AC polaritet i lysbuesvejsning.
• Læs mere: Sammenligning mellem DCEN, DCEP og vekselstrømspolariteter ved svejsning.

Fordele ved vekselstrømspolaritet i lysbuesvejsning

• Moderat lysbuerensende virkning.
• Kompatibel med de fleste elektrodetyper (men ikke alle).
• Bedre fusion og svejsemetalindtrængning.
• Vej egnet til en bred vifte af pladetykkelser.

Hvordan polaritet påvirker lysbuesvejsningens ydeevne?

Polaritet er en af de afgørende faktorer, der påvirker kvaliteten af svejseforbindelser. Før svejsning skal svejseren vælge passende polaritet afhængigt af krav, type af fyldstof, elektrodetype og grundmateriale. Følgende liste viser de parametre, der almindeligvis påvirkes af svejsepolaritet. Læs nærmere herom: Hvordan polaritet påvirker lysbuesvejsningens ydeevne?

• Fillerudfældning – Med forbrugselektrode øger DCEP polaritet metaludfældningshastigheden. Læs: Hvilken polaritet giver maksimal udfældningshastighed ved lysbuesvejsning og hvorfor?
• Svejseindtrængning-DCEN polaritet øger svejseindtrængning. Læs: Hvilken polaritet giver bedre gennemtrængning ved lysbuesvejsning og hvorfor?
• Rengøring af bundplader-DCEP hjælper med at rengøre bundplader under svejsning og reducerer dermed risikoen for inklusionsfejl. Læs: Hvilken polaritet giver bedre oxidrengøring ved lysbuesvejsning og hvorfor?
• Forstærkning-DCEP forårsager kugleformet metaloverførsel, hvilket øger svejseperlens bredde.
• HAZ-DCEN polaritet opvarmer hurtigt grundpladerne, og hvis hastigheden ikke justeres, bliver HAZ bredere.
• Svejseperlens udseende-AC, afhænger i høj grad af mange andre faktorer.

Hvordan vælges svejsepolaritet korrekt?

Det skal bemærkes, at valg af svejsepolaritet kræver overvejelser om et stort antal faktorer; dog er kun få grundlæggende faktorer behandlet nedenfor. Der bør tages behørigt hensyn til valg af polaritet til en bestemt anvendelse.

• Hvis dit grundmetal er aluminium eller magnesium, er DCEP en bedre mulighed, fordi det kan bryde oxidlaget (aluminiumoxid-Al2O3), der er til stede på pladens overflade. Aluminiumets smeltepunkt er også ret lille (660ºC), så høj varmeudvikling i nærheden af grundpladen er ikke nødvendig.
• Hvis du svejser titanium eller rustfrit stål, er AC en bedre mulighed, da det vil give dig alle de ønskede fordele. Her kan DCEN øge HAZ-zonen.
• Hvis arbejdsmaterialet har dårlig elektronemissionsevne eller har brug for høj spænding til elektronemission, så er DCEP det forkerte valg, da det kan resultere i en ustabil lysbue.
• Hvis grundpladens tykkelse er større (>6 mm), så er DCEN det foretrukne valg. Kantforberedelse er også påkrævet. På samme måde bør DCEP vælges til tynde plader.
• I TIG-svejsning kan brug af DCEP-polaritet resultere i kugledannelse ved elektrodespidsen, hvilket fører til lavere levetid for elektroden. Det kan også resultere i defekt ved wolframinddragelse.