Minaprem.com

Bågsvetsning är en typ av fusionssvetsningsprocess där oädla metaller smälts genom att applicera värme för att bilda en koalescens. Den nödvändiga värmen tillförs av en ljusbåge som bildas mellan positiva och negativa terminaler i en elektrisk krets som är inbyggd i en strömkälla. För svetsningsändamål utgörs arbetsmetallen av en terminal och elektroden av en annan, och bogen bildas således mellan dem i den externa kretsen. Eftersom elektroner alltid flödar från den negativa terminalen till den positiva terminalen i en extern krets är två fall möjliga beroende på vilken anslutning som görs:

1. Elektroden är ansluten till strömkällans negativa terminal, medan basmetallerna är anslutna till den positiva terminalen.
2. Basmetaller är anslutna till strömkällans negativa terminal; medan elektroden är ansluten till den positiva terminalen.

Om strömkällan ger växelström (AC) uppstår dock båda förhållandena efter varandra i varje cykel. I princip kan strömkällor för bågsvetsning ge antingen likström eller växelström. Vissa moderna strömkällor har också möjlighet att omvandla den ena från den andra (integrerat med AC-DC-omvandlare), så dessa källor kan leverera både växel- och likström. Bågsvetsning kan därför utföras i någon av följande tre polariteter; var och en av dem har dock vissa fördelar jämfört med andra, vilket beskrivs i de följande avsnitten.

Polariteten anger riktningen på strömflödet (med andra ord – elektroner) mellan basplattor och elektrod i den externa kretsen. Kom ihåg att strömmens flödesriktning anses vara motsatt till elektronernas flödesriktning.

• Direktström rak polaritet – uppstår när elektroden görs negativ och basplattorna görs positiva. Elektroner flödar alltså från elektrodspetsen till basplattorna.
• Direktström med omvänd polaritet – uppstår när elektroden görs positiv och basplattorna görs negativa. Elektroner flödar alltså från basplattorna till elektroden.
• Växelströmspolaritet – om kraftkällan ger växelström kommer ovanstående två fall att inträffa efter varandra i varje cykel. Under ena halvan av cykeln kommer elektroden att vara negativ (så basplattorna kommer att vara positiva) och under nästa halva kommer elektroden att vara positiv (så basplattan kommer att vara negativ). Antalet cykler per sekund beror på matningsfrekvensen. Med en 60 Hz-försörjning inträffar till exempel 60 cykler per sekund.

Direct Current Electrode Positive (DCEP) polaritet vid bågsvetsning

Med likströmsförsörjning, när elektroden är ansluten till den positiva terminalen och basplattorna till den negativa terminalen, benämns det som Direct Current Electrode Positive (DCEP) eller Direct Current Reverse Polarity (DCRP). Elektroner frigörs från basplattan och strömmar till elektroden via den yttre kretsen. Ett kontinuerligt flöde av en lavin av elektroner i en liten passage ger upphov till ljusbågen (värmekälla).

Elektroner som avges från basplattorna (negativ polaritet) accelereras på grund av att det finns en potentialskillnad och tillåts träffa elektroden (positiv polaritet) med en mycket hög hastighet. Vid träffen omvandlas elektronernas kinetiska energi till värmeenergi, vilket i slutändan leder till hög värmeutveckling i närheten av elektrodspetsen. Som en tumregel anses det att två tredjedelar (66 %) av hela bågens värme genereras vid elektroden, medan endast en tredjedel (33 %) av värmen genereras vid basplattan. Som ett resultat av detta smälter elektroden snabbt och metallutfällningen ökar (endast för förbrukningselektroder). Å andra sidan smälter inte basplattorna ordentligt på grund av bristen på tillräcklig värme, vilket leder till olika defekter, t.ex. otillräcklig smältning, bristande penetrering, hög förstärkning osv. Elektronströmmen från basplattan avlägsnar dock olja, beläggning, oxidskikt eller dammpartiklar som finns på basplattans yta (kallas oxidrengöring).

• Läs mer: Direktström omvänd polaritet (DCRP) vid bågsvetsning.

Fördelar med DCEP-polaritet vid bågsvetsning

• Bättre bågrengöringseffekt så mindre risk för inklusionsdefekter.
• Hög volymavlagringshastighet för förbrukningselektroden, så snabbare svetsning.
• Bättre prestanda för svetsning av tunna plattor. Det minskar distorsionsnivån, restspänningar, fullständig skärning etc.
• Lämpligt för sammanfogning av metaller med låg smältpunkt, till exempel koppar och aluminium.

Nackdelar med DCEP-polaritet vid ljusbågssvetsning

• Kortare livslängd för elektroder som inte är förbrukningsbara elektroder.
• Högre armeringsnivå om hastigheten inte justeras korrekt.
• Otillräcklig smältning och ofullständig penetration.
• Kan inte smälta ordentligt tjocka plåtar eller metaller med hög smältpunkt.

Direct Current Electrode Negative (DCEN) polaritet vid bågsvetsning

I motsats till DCEP, när elektroden är ansluten med den negativa terminalen och grundplåtarna med den positiva terminalen, benämns det som Direct Current Electrode Negative (DCEN) eller Direct Current Straight Polarity (DCSP). Elektroner flödar alltså från elektroden till basplattorna. Följaktligen genereras mer värme vid basplattan jämfört med elektroden, vilket leder till att metallutfällningen minskar. Också olika defekter som orsakas av otillräcklig fusion av basmetallen elimineras. Men DCEN saknar rengöringsverkan, vilket innebär att det kan uppstå inklusionsdefekter om basplattorna inte rengörs ordentligt före svetsningen. För- och nackdelar med DCEN:s polaritet diskuteras nedan.

• Läs mer: Direktström rak polaritet (DCSP) vid bågsvetsning.
• Läs mer: Skillnaden mellan DCEN och DCEP vid bågsvetsning.

Fördelar med DCEN-polaritet vid ljusbågssvetsning

• Tillräcklig sammansmältning av basmetaller och därmed kan korrekt penetrering uppnås.
• Mindre risk för volframinklusion (med TIG-svetsning) och även låg armering.
• Bättre val för svetsning av metaller med hög smältpunkt, t.ex. titan, rostfritt stål etc.
• Tjocka plåtar kan också sammanfogas ordentligt.

Nackdelar med DCEN-polaritet vid ljusbågssvetsning

• Ingen ljusbågsrengöringseffekt, så chanserna för inklusionsdefekter.
• Hög distorsionsnivå.
• Hög restspänningsgenerering vid svetsade komponenter.
• Bredare värmepåverkad zon (HAZ).
• Lägre produktivitet på grund av lägre avsättningshastighet.
• Inte lämplig för svetsning av tunna plåtar.

Alternating Current (AC) polarity (AC) vid bågsvetsning

AC polarity erbjuder fördelarna med både DCEN och DCEP; dock endast i viss utsträckning. Med en växelströmskälla blir elektroden negativ under halva cykeln och positiv under nästa halva cykeln. Denna cykel upprepas 50 eller 60 gånger per sekund beroende på matningsfrekvensen (50 Hz eller 60 Hz). Vissa strömkällor har också möjlighet att ändra denna frekvens.

• Läs mer: AC-polaritet vid bågsvetsning.
• Läs mer: Jämförelse mellan DCEN, DCEP och växelströmspolariteter vid svetsning.

Fördelar med växelströmspolaritet vid bågsvetsning

• Moderat ljusbågsrengörande verkan.
• Kompatibelt med de flesta elektrodtyper (men inte alla).
• Bättre smältning och penetrering av svetsmetall.
• Lämplig för ett stort antal plåttjocklekar.

Hur polaritet påverkar ljusbågssvetsningens prestanda?

Polaritet är en av de avgörande faktorerna som påverkar kvaliteten på svetsade fogar. Före svetsningen måste svetsaren välja lämplig polaritet beroende på krav, typ av fyllmedel, elektrodtyp och grundmaterial. Följande lista visar de parametrar som vanligtvis påverkas av svetspolariteten. Läs mer om detaljerna:

• Fyllmedelsdeposition – Med förbrukningselektroden ökar DCEP-polariteten metalldepositionen. Läs: Vilken polaritet ger maximal avlagringshastighet vid ljusbågssvetsning och varför?
• Svetsgenomföring-DCEN-polarisering ökar svetsgenomföringen. Läs: Vilken polaritet ger bättre penetration vid bågsvetsning och varför?
• Rengöring av basplattor-DCEP hjälper till att rengöra basplattor under svetsning, vilket minskar risken för inklusionsdefekter. Läs: Vilken polaritet ger bättre oxidrengöring vid bågsvetsning och varför?
• Förstärkning-DCEP orsakar en globulär form av metallöverföring, vilket ökar bredden på svetsstråket.
• HAZ-DCEN-polariteten värmer upp basplattorna snabbt och om hastigheten inte justeras blir HAZ bredare.
• Utseende av svetsstråket-AC, beror i hög grad på många andra faktorer.

Hur man väljer svetspolaritet på rätt sätt?

Det bör noteras att valet av svetspolaritet kräver övervägande av ett stort antal faktorer, men endast några grundläggande faktorer diskuteras nedan. Man bör vara försiktig när man väljer polaritet för en viss tillämpning.

• Om din basmetall är aluminium eller magnesium är DCEP ett bättre alternativ eftersom det kan bryta oxidskiktet (aluminiumoxid-Al2O3) som finns på plåtens yta. Aluminiumets smältpunkt är också ganska liten (660ºC), så hög värmeutveckling nära basplattan krävs inte.
• Om du svetsar titan eller rostfritt stål är AC ett bättre alternativ eftersom det ger dig alla önskade fördelar. Här kan DCEN öka HAZ-zonen.
• Om arbetsmaterialet har dålig elektronemissionsförmåga eller behöver hög spänning för elektronemission är DCEP fel val eftersom det kan resultera i en instabil ljusbåge.
• Om basplattans tjocklek är större (>6mm) är DCEN att föredra. Det krävs också förberedelse av kanterna. På samma sätt bör DCEP väljas för tunna plåtar.
• Vid TIG-svetsning kan användning av DCEP-polaritet resultera i bollbildning vid elektrodspetsen, vilket leder till lägre livslängd för elektroden. Det kan också resultera i fel på volframinklusioner.