Minaprem.com

Spawanie łukowe jest jednym z rodzajów procesu spawania fuzyjnego, w którym metale nieszlachetne są łączone przez zastosowanie ciepła w celu utworzenia koalescencji. Wymagane ciepło jest dostarczane przez łuk elektryczny utworzony pomiędzy dodatnimi i ujemnymi zaciskami obwodu elektrycznego wbudowanego w źródło zasilania. W celu spawania metal roboczy jest jednym zaciskiem, a elektroda jest drugim, a więc łuk elektryczny tworzy się pomiędzy nimi w obwodzie zewnętrznym. Ponieważ elektrony zawsze przepływają z zacisku ujemnego do dodatniego każdego obwodu zewnętrznego, więc w oparciu o wykonane połączenie, możliwe są dwa przypadki:

1. Elektroda jest połączona z zaciskiem ujemnym źródła zasilania, podczas gdy metale podstawowe są połączone z zaciskiem dodatnim.
2. Metale nieszlachetne są połączone z ujemnym zaciskiem źródła prądu, podczas gdy elektroda jest połączona z zaciskiem dodatnim.

Jednakże, jeśli źródło prądu dostarcza prąd zmienny (AC), to oba warunki występują jeden po drugim w każdym cyklu. Zasadniczo źródła prądu do spawania łukowego mogą dostarczać prąd stały lub zmienny. Niektóre nowoczesne źródła zasilania zawierają również funkcję konwersji jednego od drugiego (zintegrowane z konwerterem AC-DC), więc źródła te mogą dostarczać zarówno prąd zmienny jak i stały. Dlatego też spawanie łukowe może być wykonywane w każdej z trzech poniższych biegunowości, jednakże każda z nich ma pewne zalety w stosunku do pozostałych, co zostanie omówione w kolejnych rozdziałach.

Polaryzacja wskazuje kierunek przepływu prądu (inaczej mówiąc – elektronów) pomiędzy płytkami bazowymi a elektrodą w obwodzie zewnętrznym. Należy pamiętać, że kierunek przepływu prądu jest przeciwny do kierunku przepływu elektronów.

• Prąd stały Prosta polaryzacja – występuje wtedy, gdy elektroda jest ujemna, a płytki bazowe są dodatnie. Tak więc elektrony płyną od końcówki elektrody do płytek bazowych.
• Direct Current Reverse Polarity-pojawia się, gdy elektroda jest wykonana dodatni i płyty bazowe są wykonane negatywne. W ten sposób elektrony przepływają z płytek bazowych do elektrody.
• Polaryzacja prądu zmiennego – jeśli źródło zasilania dostarcza prąd zmienny, to powyższe dwa przypadki będą występować jeden po drugim w każdym cyklu. W jednej połowie cyklu, elektroda będzie ujemna (więc płytki bazowe będą dodatnie), a w następnej połowie, elektroda będzie dodatnia (więc płytki bazowe będą ujemne). Liczba cykli na sekundę zależy od częstotliwości zasilania. Na przykład, przy zasilaniu 60Hz, 60 cykli występuje w każdej sekundzie.

Polaryzacja Direct Current Electrode Positive (DCEP) w spawaniu łukowym

Przy zasilaniu prądem stałym (DC), gdy elektroda jest połączona z zaciskiem dodatnim, a płyty bazowe z zaciskiem ujemnym, wtedy jest to określane jako Direct Current Electrode Positive (DCEP) lub Direct Current Reverse Polarity (DCRP). Elektrony uwalniają się z płyty bazowej i płyną w kierunku elektrody przez obwód zewnętrzny. Ciągły przepływ lawiny elektronów w małym przejściu wytwarza łuk (źródło ciepła).

Elektrony, emitowane z płytek bazowych (polaryzacja ujemna), są przyspieszane dzięki obecności różnicy potencjałów i mogą uderzać w elektrodę (polaryzacja dodatnia) z bardzo dużą prędkością. Po uderzeniu, energia kinetyczna elektronów jest zamieniana na energię cieplną, co ostatecznie skutkuje wytworzeniem dużej ilości ciepła w pobliżu końcówki elektrody. Jako zasadę przyjmuje się, że dwie trzecie (66%) całego ciepła łuku jest generowane na elektrodzie, podczas gdy tylko jedna trzecia (33%) ciepła jest generowana na płycie bazowej. W rezultacie, elektroda szybko się topi i wzrasta szybkość osadzania metalu (tylko dla elektrod zużywalnych). Z drugiej strony, płyty bazowe nie łączą się prawidłowo z powodu braku wystarczającej ilości ciepła i w związku z tym powstają różne wady, takie jak niedostateczne stopienie, brak penetracji, duże wzmocnienie itp. Jednakże, strumień elektronów płynących z płyty bazowej usuwa olej, powłokę, warstwę tlenku lub cząsteczki pyłu znajdujące się na powierzchni płyty bazowej (określane jako działanie czyszczące tlenek).

• Czytaj dalej: Odwrotna polaryzacja prądu stałego (DCRP) w spawaniu łukowym.

Zalety polaryzacji DCEP w spawaniu łukowym

• Doskonalsze czyszczenie łuku, więc mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia wad wtrąceniowych.
• Wysoka szybkość osadzania objętości elektrody topliwej, więc szybsze spawanie.
• Większa wydajność spawania cienkich blach. Zmniejsza poziom odkształceń, naprężeń szczątkowych, całkowitego cięcia itp.
• Nadaje się do łączenia metali o niskich temperaturach topnienia, takich jak miedź i aluminium.

Wady polaryzacji DCEP w spawaniu łukowym

• Krótsza żywotność elektrody w przypadku elektrod niekonsumpcyjnych.
• Wyższy poziom zbrojenia, jeśli prędkość nie jest odpowiednio wyregulowana.
• Niedostateczne topienie i niepełna penetracja.
• Nie można prawidłowo stopić grubych płyt lub metali o wysokiej temperaturze topnienia.

Bezpośredni prąd elektrody ujemny (DCEN) polaryzacja w spawaniu łukowym

Przeciwnie do DCEP, gdy elektroda jest podłączona z ujemnym zaciskiem i płyty bazowe z dodatnim zaciskiem, to jest określane jako Direct Current Electrode Negative (DCEN) lub Direct Current Straight Polarity (DCSP). Elektrony przepływają więc z elektrody do płytek bazowych. W związku z tym, więcej ciepła generuje się na płycie bazowej w porównaniu do elektrody, więc szybkość osadzania metalu zmniejsza się. Również różne wady spowodowane przez niedostateczne stopienie metalu bazowego wyeliminować. DCEN nie ma jednak działania czyszczącego, więc wady wtrąceniowe mogą powstać, jeśli płyty podstawowe nie zostaną odpowiednio oczyszczone przed spawaniem. Zalety i wady polaryzacji DCEN omówiono poniżej.

• Czytaj dalej: Prosta polaryzacja prądu stałego (DCSP) w spawaniu łukowym.
• Czytaj więcej: Różnica między DCEN i DCEP w spawaniu łukowym.

Zalety polaryzacji DCEN w spawaniu łukowym

• Wystarczające stopienie metali nieszlachetnych, a tym samym możliwość uzyskania właściwej penetracji.
• Mniejsze prawdopodobieństwo wtrącenia wolframu (przy spawaniu TIG), a także niskie zbrojenie.
• Lepszy wybór do spawania metali o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak tytan, stal nierdzewna, itp.
• Grube płyty mogą być również łączone prawidłowo.

Wady biegunowości DCEN w spawaniu łukowym

• Brak czyszczenia łuku, więc szanse na wtrącenia wad.
• Wysoki poziom odkształceń.
• Wysokie generowanie naprężeń szczątkowych w elementach spawanych.
• Rozleglejsza strefa wpływu ciepła (HAZ).
• Niższa wydajność z powodu niższej prędkości osadzania.
• Nie nadaje się do spawania cienkich blach.

Alternating Current (AC) polaryzacja w spawaniu łukowym

Polaryzacja AC oferuje zalety zarówno DCEN i DCEP; jednak tylko do pewnego stopnia. Przy źródle prądu przemiennego, w połowie cyklu elektroda staje się ujemna, a w następnej połowie cyklu elektroda staje się dodatnia. Cykl ten powtarza się 50 lub 60 razy w ciągu sekundy, w zależności od częstotliwości zasilania (50Hz lub 60Hz). Niektóre źródła zasilania umożliwiają również zmianę tej częstotliwości.

• Czytaj dalej: Biegunowość prądu przemiennego w spawaniu łukowym.
• Czytaj dalej: Porównanie pomiędzy DCEN, DCEP i biegunowością prądu przemiennego w spawaniu.

Zalety biegunowości AC w spawaniu łukowym

• Umiarkowane działanie czyszczące łuk.
• Kompatybilność z większością typów elektrod (ale nie ze wszystkimi).
• Lepsze wtopienie i penetracja metalu spoiny.
• Odpowiedni dla szerokiego zakresu grubości blach.

Jak biegunowość wpływa na wydajność spawania łukowego?

Biegunowość jest jednym z kluczowych czynników wpływających na jakość złączy spawanych. Przed rozpoczęciem spawania, spawacz musi wybrać odpowiednią biegunowość w zależności od wymagań, rodzaju spoiwa, typu elektrody i materiału podstawowego. Poniższa lista przedstawia parametry, na które powszechnie wpływa biegunowość spoiny. Aby uzyskać szczegółowe informacje, przeczytaj: Jak biegunowość wpływa na wydajność spawania łukowego?

• Osadzanie wypełniacza-W przypadku elektrody topliwej, biegunowość DCEP zwiększa szybkość osadzania metalu. Przeczytaj: Która biegunowość daje maksymalną szybkość osadzania w spawaniu łukowym i dlaczego?
• Penetracja spoiny – Biegunowość DCEN zwiększa penetrację spoiny. Przeczytaj: Która biegunowość daje lepszą penetrację w spawaniu łukowym i dlaczego?
• Czyszczenie płyty podstawowej-DCEP pomaga w czyszczeniu płyt podstawowych podczas spawania, co zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia wad wtopienia. Przeczytaj: Która polaryzacja daje lepsze czyszczenie tlenków w spawaniu łukowym i dlaczego?
• Wzmocnienie-DCEP powoduje kulisty sposób przenoszenia metalu, co zwiększa szerokość jeziorka spawalniczego.
• Strefa wpływu ciepła-DCEN polaryzacja szybko nagrzewa płyty podstawowe i jeżeli prędkość nie jest dostosowana, strefa wpływu ciepła staje się szersza.
• Wygląd jeziorka spawalniczego-AC, w dużym stopniu zależy od wielu innych czynników.

Jak prawidłowo wybrać biegunowość spawania?

Należy zauważyć, że wybór biegunowości spawania wymaga uwzględnienia wielu czynników, jednak poniżej omówiono tylko kilka podstawowych czynników. Należy zwrócić szczególną uwagę na wybór biegunowości dla danego zastosowania.

• Jeśli metalem bazowym jest aluminium lub magnez, to DCEP jest lepszą opcją, ponieważ może zerwać warstwę tlenku (alumina-Al2O3) obecną na powierzchni blachy. Również temperatura topnienia aluminium jest dość mała (660 ° C), więc wysoka generacja ciepła w pobliżu płyty bazowej nie wymaga.
• Jeśli jesteś spawania tytanu lub stali nierdzewnej, a następnie AC jest lepszą opcją, ponieważ daje wszystkie pożądane korzyści. Tutaj DCEN może zwiększyć strefę zagrożenia wybuchem.
• Jeśli materiał roboczy ma słabą emisyjność elektronów lub wymaga wysokiego napięcia do emisji elektronów to DCEP jest złym wyborem, ponieważ może to spowodować niestabilny łuk.
• Jeśli grubość płyty bazowej jest większa (>6mm) to DCEN jest lepszym wyborem. Wymagane jest również przygotowanie krawędzi. Podobnie, dla cienkich blach, należy wybrać DCEP.
• W spawaniu TIG, użycie polaryzacji DCEP może spowodować tworzenie się kulek na końcówce elektrody, co prowadzi do obniżenia trwałości elektrody. Może to również skutkować defektem wtrącenia wolframu.