アーク溶接は、溶融溶接プロセスの一種で、合体を形成するために熱を加えることによって卑金属を融合させるものである。 必要な熱は、電源に内蔵された電気回路の正と負の端子間に構成される電気アークによって供給されます。 溶接のために被加工材を一方の端子、電極を他方の端子とし、外部回路で両者の間にアークを構成する。 電子は常に外部回路のマイナス端子からプラス端子に流れるので、その接続によって2つのケースが考えられます。
- 電極は電源のマイナス端子に接続され、一方、母材はプラス端子に接続されます。
- 電極は電源のマイナス端子に接続され、一方、卑金属はプラス端子に接続されます。
しかし、電源が交流（AC）を提供するなら、両方の状態がすべてのサイクルで次々に起こります。 基本的にアーク溶接の電源は、直流と交流のどちらの電流も供給することができます。 最近の電源には、交流と直流の両方を供給できるように、交流と直流を変換する機能を備えたものもあります。
極性は、外部回路における母板と電極間の電流（言い換えれば電子）の流れ方向を示す。 電流の流れ方向は、電子の流れに反対と見なされることを覚えておいてください。
- 直流 直極性-電極を負に、ベースプレートを正にしたとき発生します。
- 直流逆極性-電極をプラス、ベースプレートをマイナスにしたときに発生します。 したがって、電子はベースプレートから電極に流れる。
- 交流極性-電源が交流電流を提供する場合、上記の2つのケースは、すべてのサイクルで次々に発生します。 サイクルの半分では、電極が負になり（したがってベースプレートは正）、次の半分では電極が正になります（したがってベースプレートは負になります）。 1秒あたりのサイクル数は、電源の周波数に依存します。
Direct Current Electrode Positive (DCEP) polarity in arc welding
直流電源で、電極がプラス端子、ベースプレートがマイナス端子で接続されると、直流電極陽性（DCEP）または直流逆極性（DCRP）と呼ばれる。 そのため、電子はベースプレートから解放され、外部回路を経由して電極の方に流れる。
ベースプレート（負極性）から放出された電子は、電位差の存在により加速され、非常に速い速度で電極（正極性）に衝突することができる。 衝突すると、電子の運動エネルギーは熱エネルギーに変換され、最終的に電極の先端付近で高熱が発生する。 目安としては、アーク全体の熱の2/3（66％）が電極で発生し、ベースプレートでは1/3（33％）しか発生しないと考えられている。 その結果、電極の溶損が早くなり、金属の析出速度が速くなる（消耗電極の場合のみ）。 一方、ベースプレートは十分な熱がないためうまく融合せず、融合不足、貫通不足、高強度化などさまざまな欠陥が発生します。 しかし、ベースプレートから流れる電子流は、ベースプレート表面に存在する油分、コーティング、酸化膜、塵埃などを除去します（酸化膜クリーニング作用と呼ばれる）
- 続きを読む アーク溶接における直流逆極性（DCRP）。
アーク溶接におけるDCEP極性の利点
- 優れたアーククリーニング作用により、介在物欠陥が発生しにくい。
- 消耗電極の堆積量が多く、溶接速度が速い。 歪みレベル、残留応力、完全切断などを低減します。
- 銅やアルミニウムなどの低融点金属の接合に適しています。
アーク溶接におけるDCEP極性の欠点
- 消耗電極以外の電極寿命が短い
- 速度を適切に調整しないと強化のレベルが高い
- 溶融不足と不完全な浸透がある。
- 厚板や高融点金属を適切に溶融できない
アーク溶接における直流電極負極性（DCEN）
DCEPとは逆に、電極を負極性端子、母板を正極性端子に接続すると、直流電極負極性（DCEN）または直流直極性（DCSP）として呼ばれるようになります。 そのため、電子は電極からベースプレートに流れる。 その結果、電極に比べてベースプレートでの発熱が多くなり、金属の析出速度が低下する。 また、母材の溶融不足に起因するさまざまな不具合も解消される。 しかし、DCENには洗浄作用がないため、溶接前に母材を十分に洗浄しないと、介在物欠陥が発生する可能性があります。 以下にDCENの極性の長所と短所を述べます。
- 続きを読む アーク溶接における直流直極性（DCSP）。
- 続きを読む: アーク溶接におけるDCENとDCEPの違い。
アーク溶接におけるDCEN極性の利点
- 母材が十分に溶け込むため、適切な溶け込みが可能
- （TIG溶接で）タングステンの巻き込みが少なく、また補強も少なくてすむ。
- チタン、ステンレスなどの高融点金属の溶接に適している
- 厚板も適切に接合できる
アーク溶接におけるDCEN極性の欠点
- アーククリーニング作用がないため包含欠陥が生じる可能性がある
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- 歪みが大きい。
- 溶接部の残留応力が大きい。
- 熱影響部が広い。
- 溶着率が低いため、生産性が悪い。
- 薄板溶接には適さない。
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アーク溶接における交流極性
交流極性はDCENとDCEPの両方の利点を備えているが、ある程度までである。 交流電源の場合、サイクルの半分で電極がマイナスになり、次の半分で電極がプラスになる。 このサイクルは、電源の周波数（50Hzまたは60Hz）により、1秒間に50回または60回繰り返される。 電源によってはこの周波数を変更できるものもあります。
- 詳しくはこちら。 アーク溶接における交流極性
- 続きを読む: DCEN、DCEPおよび溶接のAC極性間の比較。
アーク溶接における交流極性の利点
- 適度なアーククリーニング作用
- ほとんどの電極タイプに適合（すべてではない）
- より良い融合と溶接金属の溶け込み。
- 幅広い板厚に対応
極性はアーク溶接性能にどう影響するか
極性は溶接継手の品質に影響を与える重要な要因の一つである。 溶接の前に、溶接士は要件、充填剤の種類、電極の種類、および母材に応じて適切な極性を選択する必要があります。 以下のリストは、一般的に溶接極性によって影響を受けるパラメータを示しています。 詳しくは、以下をお読みください。 極性はアーク溶接性能にどのように影響するか
- 充填材析出-消耗電極では、DCEP極性は金属析出速度を増加させます。 読んでください。 アーク溶接で最大の溶着率を実現する極性とその理由を教えてください。
- 溶接溶け込み-DCEN極性は、溶接溶け込みを増加させます。 読んでください。 アーク溶接の溶込みが良くなる極性はどれか、またその理由は？
- 母材洗浄-DCEPは、溶接中に母材を洗浄するのに役立ち、介在物欠陥の可能性を低減します。 お読みください。 アーク溶接でより良い酸化物クリーニングができるのはどの極性ですか、またその理由は？
- 補強-DCEPは金属移動の球状モードを引き起こすので、溶接ビード幅を拡大します。
- HAZ-DCEN極性はベースプレートを素早く加熱するので、速度を調整しないとHAZが広くなります。
- 溶接ビード外観-AC、他の多くの要因に大きく依存します。
溶接極性を正しく選択するには？
溶接極性の選択は多くの要因を考慮する必要がありますが、以下ではいくつかの基本的な要因のみを説明します。
- 母材がアルミニウムやマグネシウムの場合、板表面に存在する酸化膜（アルミナ-Al2O3）を破壊することができるので、DCEPが良い選択肢となります。 また、アルミニウムの融点は非常に小さい（660℃）ので、母材付近での高熱発生は必要ありません。
- チタンやステンレスを溶接する場合、ACが望ましいすべての利点を与えるので、より良い選択肢となります。 ここでDCENはHAZ zone.
- 作業材料に悪い電子放射率があるか、または電子放出のための高い電圧を必要とする場合、それは不安定なarc.
- ベースプレートの厚さがより大きい場合（>6mm）、DCENが望ましい選択であるのでDCEPは間違った選択である。 また、エッジ処理も必要です。 同様に、薄い板では、DCEPを選択すべきである。
- TIG溶接では、DCEP極性を使用すると、電極先端にボールが形成され、電極の寿命が短くなることがあります。 また、タングステン介在物の欠陥が発生することがあります。