Minaprem.com

Az ívhegesztés a fúziós hegesztési eljárások egyik fajtája, ahol a nem nemesfémeket hő alkalmazásával olvasztják össze az összeolvadás érdekében. A szükséges hőt egy áramforrással beépített elektromos áramkör pozitív és negatív kapcsai között kialakított elektromos ív szolgáltatja. A hegesztéshez a munkafém az egyik kapocs, az elektróda pedig a másik, és így az ív a külső áramkörben a két kapocs között helyezkedik el. Mivel az elektronok mindig a külső áramkör negatív termináljáról a pozitív terminálra áramlanak, ezért a kialakított kapcsolat alapján két eset lehetséges:

1. A elektróda az áramforrás negatív termináljával van összekötve; míg az alapfémek a pozitív terminállal vannak összekötve.
2. Az alapfémek az áramforrás negatív pólusával vannak összekötve; míg az elektróda a pozitív pólussal.

Ha azonban az áramforrás váltakozó áramot (AC) szolgáltat, akkor mindkét állapot minden ciklusban egymás után következik be. Alapvetően az ívhegesztő áramforrások biztosíthatnak egyenáramú vagy váltakozó típusú áramot. Egyes modern áramforrások tartalmaznak olyan lehetőséget is, amely az egyiket a másikból átalakítja (AC-DC átalakítóval egybeépítve), így ezek a források váltakozó és egyenáramú áramot is képesek szolgáltatni. Ezért az ívhegesztés az alábbi három polaritás bármelyikével végezhető; azonban mindegyiknek vannak bizonyos előnyei a többivel szemben, amint azt az egymást követő szakaszokban kifejtjük.

A polaritás az áram (más szóval az elektronok) áramlási irányát jelzi az alaplemezek és az elektróda között a külső áramkörben. Ne feledjük, hogy az áram áramlási irányát az elektronok áramlásával ellentétesnek tekintjük.

• Egyenáramú egyenes polaritás – akkor keletkezik, amikor az elektródát negatívra, az alaplemezeket pedig pozitívra állítjuk. Így az elektronok az elektróda csúcsától az alaplemezek felé áramlanak.
• Egyenáramú fordított polaritás – akkor következik be, amikor az elektróda pozitív, az alaplemezek pedig negatív. Így az elektronok az alaplemezekről az elektróda felé áramlanak.
• Váltakozó áram polaritás – ha az áramforrás váltakozó áramot szolgáltat, akkor a fenti két eset minden ciklusban egymás után következik be. A ciklus egyik felében az elektróda negatív lesz (így az alaplemezek pozitívak lesznek), a következő felében pedig az elektróda pozitív lesz (így az alaplemez negatív lesz). A másodpercenkénti ciklusok száma a tápellátás frekvenciájától függ. Például 60 Hz-es tápfeszültség esetén másodpercenként 60 ciklus történik.

Direct Current Electrode Positive (DCEP) polaritás az ívhegesztésnél

Az egyenáramú (DC) tápfeszültségnél, amikor az elektróda a pozitív pólussal és az alaplemezek a negatív pólussal vannak összekötve, akkor ezt egyenáramú elektróda pozitív (DCEP) vagy egyenáramú fordított polaritásnak (DCRP) nevezik. Tehát az elektronok felszabadulnak az alaplemezről, és a külső áramkörön keresztül az elektróda felé áramlanak. Az elektronok lavinájának folyamatos áramlása egy kis átjáróban ív (hőforrás) keletkezik.

Az alaplemezekről (negatív polaritás) kilépő elektronok a potenciálkülönbség jelenléte miatt felgyorsulnak, és nagyon nagy sebességgel csapódhatnak az elektródba (pozitív polaritás). A becsapódáskor az elektronok mozgási energiája hőenergiává alakul át, ami végül nagy hőtermelődést eredményez az elektróda csúcsának közelében. Ökölszabályként azt tartják, hogy a teljes ívhő kétharmada (66%) az elektródánál keletkezik, míg az alaplemeznél csak egyharmada (33%). Ennek eredményeképpen az elektróda gyorsan megolvad, és a fém lerakódási sebessége megnő (csak a fogyóelektródák esetében). Másrészt az alaplemezek nem olvadnak össze megfelelően az elegendő hő hiánya miatt, és így különböző hibák keletkeznek, mint például elégtelen olvadás, behatolás hiánya, nagy erősítés stb. Az alaplemezről érkező elektronáram azonban eltávolítja az alaplemez felületén lévő olajat, bevonatot, oxidréteget vagy porszemcséket (ezt nevezzük oxidtisztító hatásnak).

• Bővebben: Az egyenáramú fordított polaritás (DCRP) az ívhegesztésben.

A DCEP polaritás előnyei az ívhegesztésben

• Jobb ívtisztító hatás, így kisebb az esélye a befogási hibáknak.
• Nagy volumenű lerakódási sebesség a fogyóelektródhoz, így gyorsabb hegesztés.
• Nagyobb teljesítmény vékony lemezek hegesztéséhez. Csökkenti a torzítási szintet, a maradó feszültséget, a teljes vágást stb.
• Közepes az alacsony olvadáspontú fémek, például a réz és az alumínium összekötésére.

A DCEP polaritás hátrányai az ívhegesztésben

• Kisebb elektróda élettartam a nem fogyóelektródák esetében.
• Nagyobb erősítési szint, ha a sebesség nem megfelelően van beállítva.
• Elégtelen olvadás és hiányos behatolás.
• Nem tud megfelelően olvasztani vastag lemezeket vagy magas olvadáspontú fémeket.

Direkt áramú elektróda negatív (DCEN) polaritás az ívhegesztésben

A DCEP-vel ellentétben, amikor az elektróda a negatív pólussal és az alaplemezek a pozitív pólussal vannak összekötve, akkor egyenáramú elektróda negatívnak (DCEN) vagy egyenáramú egyenes polaritásnak (DCSP) nevezik. Tehát az elektronok az elektródától az alaplemezekhez áramlanak. Következésképpen több hő keletkezik az alaplemezen, mint az elektródon, így a fém lerakódási sebessége csökken. Az alapfém elégtelen olvadása által okozott különböző hibák is megszűnnek. A DCEN-nek azonban nincs tisztító hatása, így a hegesztés előtt az alaplemezek nem megfelelő tisztítása esetén felvételi hibák keletkezhetnek. A DCEN polaritás előnyeit és hátrányait az alábbiakban tárgyaljuk.

• Bővebben: Egyenes egyenáramú egyenes polaritás (DCSP) az ívhegesztésben.
• Bővebben: A DCEN és a DCEP közötti különbség az ívhegesztésben.

A DCEN polaritás előnyei az ívhegesztésben

• A nem nemesfémek elégséges olvadása és így megfelelő behatolás érhető el.
• Kisebb a volfrámbevonat esélye (TIG hegesztésnél) és alacsony az erősítés is.
• Jobb választás magas olvadáspontú fémek hegesztéséhez, mint például titán, rozsdamentes acél stb.
• Vastag lemezek is megfelelően összeilleszthetők.

A DCEN polaritás hátrányai az ívhegesztésben

• Nincs ívtisztító hatás, így esély van a zárványhibákra.
• magas torzítási szint.
• magas maradó feszültségek keletkezése a hegesztett alkatrészeken.
• Tágabb hőhatású zóna (HAZ).
• Kisebb termelékenység az alacsonyabb lerakódási sebesség miatt.
• Nem alkalmas vékony lemezek hegesztésére.

Váltakozó áram (AC) polaritás az ívhegesztésben

Az AC polaritás mind a DCEN, mind a DCEP előnyeit kínálja; azonban csak bizonyos mértékig. Váltakozó áramforrás esetén a ciklus felében az elektróda negatívvá válik, a ciklus következő felében pedig az elektróda pozitívvá. Ez a ciklus 50 vagy 60 alkalommal ismétlődik egy másodperc alatt, a tápellátás frekvenciájától függően (50 Hz vagy 60 Hz). Egyes áramforrások rendelkeznek e frekvencia megváltoztatására szolgáló rendelkezésekkel is.

• Bővebben: AC polaritás az ívhegesztésben.
• Bővebben: A DCEN, a DCEP és a váltakozó áramú hegesztés polaritásának összehasonlítása.

A váltakozó áramú polaritás előnyei az ívhegesztésben

• Mértékletes ívtisztító hatás.
• A legtöbb elektródatípussal (de nem az összes) kompatibilis.
• Jobb olvadás és hegesztőfém behatolás.
• Megfelelő a lemezvastagságok széles skálájához.

Hogyan befolyásolja a polaritás az ívhegesztés teljesítményét?

A polaritás az egyik döntő tényező, amely befolyásolja a hegesztett kötések minőségét. A hegesztés előtt a hegesztőnek ki kell választania a megfelelő polaritást a követelményektől, a töltőanyag típusától, az elektróda típusától és az alapanyagtól függően. Az alábbi lista azokat a paramétereket mutatja be, amelyeket a hegesztési polaritás általában befolyásol. A részletekért olvassa el: Hogyan befolyásolja a polaritás az ívhegesztés teljesítményét?

• Töltőanyag-lerakódás – Fogyóelektróda esetén a DCEP polaritás növeli a fém lerakódási sebességét. Olvassa el: Melyik polaritás adja a maximális lerakódási sebességet az ívhegesztésnél és miért?
• Hegesztési penetráció-DCEN polaritás növeli a hegesztési penetrációt. Olvassa el: Melyik polaritás ad jobb penetrációt az ívhegesztésnél és miért?
• Alaplemez tisztítása-DCEP segít az alaplemezek hegesztés közbeni tisztításában, így csökkenti a befogási hibák esélyét. Olvassa el: Melyik polaritás ad jobb oxidtisztítást az ívhegesztésnél és miért?
• Erősítés-DCEP gömbölyű fémátadási módot okoz, így növeli a hegesztési gyöngy szélességét.
• HAZ-DCEN polaritás gyorsan felmelegíti az alaplemezeket, és ha a sebességet nem állítják be, akkor a HAZ szélesebb lesz.
• Hegesztési gyöngy megjelenése-AC, nagyban függ sok más tényezőtől.

Hogyan kell helyesen kiválasztani a hegesztési polaritást?

Meg kell jegyezni, hogy a hegesztési polaritás kiválasztásához számos tényezőt kell figyelembe venni; az alábbiakban azonban csak néhány alapvető tényezőt tárgyalunk. Megfelelő gondossággal kell kiválasztani a polaritást egy adott alkalmazáshoz.

• Ha az alapfém alumínium vagy magnézium, akkor a DCEP jobb választás, mert képes felszakítani a lemez felületén lévő oxidréteget (alumínium-dioxid-Al2O3). Az alumínium olvadáspontja is meglehetősen alacsony (660ºC), így az alaplemez közelében nagy hőtermelésre nincs szükség.
• Ha titánt vagy rozsdamentes acélt hegeszt, akkor az AC jobb választás, mivel minden kívánt előnyt biztosít. Itt a DCEN növelheti a HAZ-zónát.
• Ha a munkadarab rossz elektronemissziós képességű, vagy nagy feszültségre van szükség az elektronemisszióhoz, akkor a DCEP rossz választás, mivel instabil ívet eredményezhet.
• Ha az alaplemez vastagsága nagyobb (>6 mm), akkor a DCEN az előnyösebb választás. Az élek előkészítése is szükséges. Hasonlóképpen, vékony lemezek esetén a DCEP-t kell választani.
• A TIG hegesztésnél a DCEP polaritás használata gömbképződést eredményezhet az elektróda csúcsán, ami az elektróda élettartamának csökkenéséhez vezethet. Ez volfrámbevonási hibát is eredményezhet.