Электродуговой способ сварки, в отличие от традиционной газовой, отличается некоторыми особенностями. Одной из самых главных является температура нагрева дуги, которая может достигать 5000С, что значительно превышает температуру плавления какого-либо из существующих металлов. Отчасти этим объясняется большое разнообразие технологий и способов этого вида сварки, позволяющих решить при ее помощи самые различные задачи.
Виды сварки
Сварочные аппараты имеют блок выпрямительных диодов . Что создает постоянный ток, это обязательное условие для сварочных полуавтоматических аппаратов, для которых материалом является проволока. Если для аппарата требуются электроды, то это обозначает возможность использования во время работы всех их моделей. А полярность во время сварки – это залог ее качества.
Используя полуавтомат, надо соблюдать полярность подсоединения. Сварка под газовой защитой омедненной проволокой происходит с помощью полярности прямого тока. Фактически это значит:
- на деталь идет плюс;
- на держак идет минус.
Сила тока подается на деталь от проволоки, и она нагревается, в отличие от сварочной проволоки, сильнее. В итоге повышается площадь свариваемого участка. Ему необходим значительный нагрев для образования варочной ванны . Проволока, имеющая меньшее сечение, быстрей плавится и попадает на необходимый участок уже жидкой каплей. Током, который проходит от разных полярностей, увлекается расплавленный материал, получается подходящая ванна для сварки.
Используя полуавтомат без защитной газовой среды, нужно использовать специальную порошковую или флюсовую проволоку. В этом случае изменяется полярность соединения держака и «массы». На «массе» находится минус, а на держаке находится плюс. Температура плавления флюсовой проволоки имеет примерно такое же значение, как и температура плавления металла. Чтобы достичь качественного шва, необходимо, чтобы сгорел флюс. Затем ожидают два таких процесса:
- Появление газообразного облака;
- В среде этого облака и происходит сварка.
Сила тока переходит от минуса к плюсу, и падение жидкой капли металла становится более низким. Именно это обуславливает меньший нагрев металла для сварки. Так как его охлаждение не происходит под защитной газа. Поэтому образование ванны для сварки практически не отличается от сварки в газовой среде. Работа переменным током имеет определенные преимущества. Она не расходится с дугой относительно изначальной оси. А на качество соединения воздействует именно отклонение дуги.
Делая сварку генератором с переменным током, легко заметить: его полярность изменяется циклически. Циклы имеют частоту 50 Герц. Она, повысившись до плюсового напряжения, может снизиться до нуля или упасть до отрицательного уровня. Напряжение меняется с плюса на минус и, наоборот.
Сварка нержавейки и цветных металлов
Во время сварки цветных металлов, в том числе и алюминий, используют специальный вольфрамовый электрод. Причем используют во время инверторной сварки прямую полярность, на электроде находится минус. Этот вид подключения позволяет иметь необходимую температуру в участке нагрева . Это немаловажно для алюминия, потому как сперва нужно преодолеть оксидную пленку, у которой температура плавления значительно больше, в отличие от самого металла.
Полярность при сварке напрямую способствует образованию:
- более качественного шва;
- более лучшего проплавления металла, в том числе и из нержавеющей стали;
- более концентрированной узкой электрической дуги.
У процесса также существует и немаловажная экономическая часть. Используя дорогой вольфрамовый электрод меньшего диаметра, попутно добиваются уменьшения газовых затрат . Если же подключить вольфрамовый электрод при сварке в другой полярности, а именно, на держателе – с плюсом, то шов будет не таким глубоким. У данного способа есть свои преимущества. Работая с тонкими пластинами, можно не переживать, что вы прожжете насквозь изделие из нержавейки и цветного металла.
Значительным недостатком является эффект электромагнитного дутья. Образующаяся дуга выходит блуждающей, а шов – не сильно привлекательным и герметичным. Используя переменный ток, необходимо использовать электроды для переменки. Опытные сварщики обычно выбирают постоянный ток. Благодаря ему сварка создает однонаправленный проход электронов. Полярность влияет на качество сварочных работ, в том числе материала из нержавеющей стали.
Сварка прямой полярности инвертором получается, если с деталью подключается «плюс» источника тока. Когда подсоединяют электрод , то в этом случае получается обратная полярность. Используя сварочный инвертор, можно самостоятельно установить на нем полярность. Полярность определяет направление передвижения потока электронов. То есть, определяется подсоединением проводов к положительной и отрицательной клеммам. При работе со сваркой обратная полярность обозначает:
- на электроде – плюс;
- на «земле» – минус.
Ток переходит от отрицательного контакта к положительному. Именно поэтому электроны переходят на электрод от металла. В результате сильно нагревается окончание электрода . Для классической сварки эффективно используют плюс – на электроде, а минус – на клемме. При прямой полярности сварки предполагается минус – на электроде, плюс – на «земле». Ток перемещается от электрода к изделию. Электрод – холодный, а изделие – горячее. Эта особенность широко используется в особых электродах, которые предназначены для быстрой сварки листов нержавеющей стали.
Важность полярности при сварочных работах
Естественно, что инверторная сварка на переменном токе не зависит, какой установлен зажим трансформатора для соединения изделия и электрода . Но вот постоянным током по сложившейся традиции сваривают несколькими способами. Электрод, подсоединенный к отрицательному полюсу, с прямой полярностью является катодом.
В анод, подсоединенное к положительному полюсу, преобразуется изделие. Обратная полярность обозначает, что электрод после подсоединения к положительному полюсу становится анодом. Катод в этом положении – это изделие, подсоединенное к отрицательному полюсу.
Материал изготовления электрода задает параметр дуги между неплавящимися электродами из вольфрама и плавящимися металлическими электродами. Сварочная дуга имеет ряд физических и технологических свойств. От этого практически полностью будет зависеть результат работы дуги. К физическим свойствам относятся:
- кинетические;
- электромагнитные и температурные;
- электрические и световые.
Основные технологические свойства имеют три вида:
- мощность дуги;
- пространственную стойкость;
- саморегулирование.
Для поддержания горения дуги требуется создать обратные электрически заряженные части в пространстве между находящимися электродами. Данные частицы – это электроны, а также положительные и отрицательные ионы . Их преобразование называется ионизацией. Газ, имеющий электроны и ионы, называется ионизированным.
Промежуток дуги ионизируется во время зажигания дуги, и все время поддерживается при ее горении. В промежутке дуги, как правило, выделяют следующие области:
- область разряда дуги;
- анодную;
- катодную.
В области анодов происходит значительное снижение напряжения , вызванное скоплением около электродов заряженных частиц. На поверхности анода и катода начинается появление электродных пятен, которые представляют некий фундамент дугового столба. Через них и прокладывается маршрут тока к сварке.
У сварки есть общий размер дуги, он состоит из суммарных длин 3-х областей. Общее напряжение дуги – это сумма снижений напряжения в каждой части дуги. Зависимость напряжения от размера дуги – это сумма снижения напряжения в прикатодном и прианодном участках. Удельное снижение в дуге напряжения имеет один миллиметр от столба дуги. А основной характеристикой дуги является тепловая мощность нагревательного источника.
Ее эффективность рассчитывается с учетом количества теплоты , вводимой в металл за единицу времен. Тепловая мощность – это часть общей дуговой тепловой мощности, из которой определенная доля тепла уходит непроизводительно:
- на теплоотвод в изделии;
- излучение;
- на прогрев разбрызгивающихся капель.
Технология сварочных работ дугой
Преимущество сварочных работ дугой явны. Сварка отличается по признакам:
- по среде, где находится дуговой разряд;
- по типу тока;
- по типу электродов.
Для ремонта кузовов автомобилей широко используется дуговая сварка полуавтоматом в защитной среде газа. Для частного пользования наиболее доступной является дуговая ручная сварка. Она делается плавящимися электродами на переменном или постоянном токах. Это хороший шанс сварить в не заводской обстановке большую часть видов металлов.
Размер между поверхностью основного изделия и дном кратера является глубиной провара или проплавления. Глубина зависит:
- величины сварочного тока;
- от скорости передвижения дуги.
Если размер дуги сварки не больше, чем размер стержня электрода, то эта дуга называется нормальной или короткой. Она гарантирует великолепное качество шва. Дугу, которая имеет большую длину, считают длинной. Очень большое наращивание размера дуги приводит к ухудшению качества сварки. Влияние магнитного поля создает отклонение дуги от заданного направления. Это называется электромагнитным дутьем .
Электрод во время процесса передвигается вдоль и поперек сварочного шва в направлении оси, дабы сохранить заданный размер дуги. Ускоренное перемещение электрода приводит к образованию узкого, неровного и неплотного шва. При медленном передвижении есть опасность пережога материала.
Сварочные швы по форме бывают:
- тавровыми;
- нахлесточными;
- стыковыми;
- угловыми.
По длине швы разделяются на сплошные и прерывистые. По пространственному расположению имеют такие разновидности:
- вертикальные;
- потолочные;
- нижние;
- горизонтальные.
Источники питания: трансформатор для сварки, выпрямитель, генератор – при внешнем показателе имеют связь величины нагрузочного тока с напряжением на зажимах выхода. Вольтамперный показатель дуги – это соотношение между напряжением в статическом режиме и током дуги. Внешние показатели сварочных генераторов считаются падающими.
На размеры и форму шва также влияют вид электротока и его полярность . То есть, постоянный ток обратной полярности обеспечивает гораздо большую глубину плавления, чем постоянный ток с прямой полярностью, это объясняется разными количествами тепла, появляющимися на аноде с катодом. От повышения скорости процесса сварки глубина и ширина шва провара снижаются.
На сегодняшний день сварочные инверторы практически полностью заменили с рынка другие типы сварочных аппаратов, ранее использовавшиеся в ходе сварочных работ: выпрямители тока, генераторы и сварочные трансформаторы. Подобные устройства были достаточно громоздкие, тяжеловесные и проблематичные в транспортировке. Инверторы, в свою очередь, обладают рядом неоспоримых преимуществ таких как минимальный вес устройства, относительно недорогая цена, высокое качество сварки, простота в эксплуатации.
Устройства типа инвертор позволяют не только выполнять сварку масштабах производства, но и решать любые сварочные задачи на бытовом уровне. Работать на сварочном инверторе может не только профессионал своего дела, но даже начинающий, имея небольшой багаж знаний и минимальный опыт в сварочных работах.
Также одним из основных достоинств можно считать его универсальность: при сварке используются электроды с постоянным электротоком и с током переменным. Обладая довольно широким спектром настроек тока на выходе можно решать различные задачи от сварки металла минимальной толщины до выполнения сложных работ связанных с резкой металла в несколько слоев. Рассмотрим основные виды полярности электрического тока и их применение в решении различных сварочных задач.
Прямая и обратная полярность при сварке
Принцип работы сварки с прямой полярностью подразумевает следующий алгоритм: ток от сварочного инвертора попадает на обрабатываемую деталь под положительным зарядом, в свою очередь клемма аппарата со знаком «плюс» соединяется с поверхностью металла с помощью специального кабеля. Заряд со знаком «минус» подается через электродержатель на электрод, который подключается к минусовой клемме. Это обеспечивает максимальный нагрев обрабатываемой детали при минимальном накаливании электрода. Подобный тип подачи тока рекомендуется для сварки изделий с толстыми краями, скрепление нескольких металлических пластин, а также часто используется профессионалами для резки по металлу.
Полезно знать: Если стоит задача получить идеальный, аккуратный шов без большого количества брызг от обрабатываемого изделия из металла обычно используется применение постоянного тока. Это происходит из-за отсутствия частой смены полярности при сварке. В остальных случаях в основном применяется переменный электроток по причине своей экономности в отличии от тока постоянного.
При сварке обратной полярности инвертором необходимо выполнить противоположные действия. На обрабатываемую поверхность металлической детали подается заряд со знаком «минус» от минусовой клеммы.В свою очередь, на электрод направляется заряд со знаком «плюс» от плюсовой клеммы. При таком подключении максимальные нагрев образуется на электроде, а обрабатываемая поверхность металла нагревается минимально. Такой тип полярности позволяет проводить так называемую «деликатную» сварку, так как в процессе сварки с помощью обратной полярности нивелирует вероятность «прожога» металла, что является наиболее актуальным с тонколистными металлами, сплавами, реагирующими на перегревание, а также с нержавеющей, легированной сталью.
Обратите внимание: чтобы предотвратить вероятность прожигания металла в ходе сварки профессионалы в сварочном деле советуют применять прижимную струбцину, которая позволяет крепко фиксировать обрабатываемые листы металла и делать процесс сварки более простым и удобным.
Особенности выбора электродов
Чтобы сварочные работы инвертором всегда выполнялись качественно и быстро очень важно уметь подбирать из всех разновидностей электродов представленных на современном рынке, именно тот который подходит для решения определенных сварочных задач. Выделим основные критерии, которые упростят процесс выбора оптимальных электродов для сварки инвертором:
Разновидность металлического изделия (существует определенная классификация электродов по виду металла, которая поможет выбрать оптимальный вариант стержня электрода).
Представляем вам основную классификации электродов по типу металла:
- Для выполнения ремонтных работ и наплавки;
- Для сварки на углеродистой и низколегированной стали;
- Для сварки изделий из меди и ее сплавов;
- Для сварки изделий из чугуна и его сплавов;
- Для сварки изделий из алюминия и его сплавов;
- Для выполнения работ с трудноподдающихся сварке металлами;
- Для сварка изделий из высоколегированной стали;
- Для сварки изделий с теплоустойчивыми с характеристиками.
Чистота обрабатываемой поверхности металла (например, стрежни электродов с рутиловым покрытием способны выполнять сварочные работы на сильно загрязненных, ржавых поверхностях металлических деталей; а основные электроды, наоборот, рекомендуется использовать для прочных соединений во время при отсутствии каких- либо загрязнений или влаги на металле).
Толщина металла (Чем больше толщина металла для сварки, тем большего диаметра должен быть подобран электрод):
- Для толщины изделия в 2 мм используют диаметр электрода в 2,5 мм;
- Для толщины изделия в 3 мм используют диаметр в 2,5 и 3 мм;
- Для толщины изделия в 4 и 5 мм используют диаметр электрода в 3,2 и 4 мм;
- Для толщины изделия от 6 до 12 мм используют диаметр электрода в 4 и 5 мм;
- Для толщины изделия свыше 13 мм необходимо использовать электроды в 5 мм.
Выбор оптимального электротока (Зависимость между диаметром рабочего стержня электрода и электротоком можно охарактеризовать следующим образом: если при усиленном токе изделие можно прожечь насквозь, то пониженном электротоке возможность создания рабочей электродугу окажется невозможной):
- электроду в 2 мм необходим ток от 50 до 60 А;
- электроду в 2,5 мм необходим ток от 60 до 90 А;
- для электрода в 3 мм необходим ток в пределах 80 — 140 А;
- для электрода в 4 мм необходим ток от 130-160 А;
- для электродов в 5 мм необходим ток в 200 А;
- электроду в 6 мм необходим ток от 220 до 240 А.
Если вкратце, деталь плавится в результате образования электрической дуги, образуемой от анода — электрода с положительным зарядом источника электротока, и отрицательного катода. Источником электротока является сварочный аппарат, анодом и катодом — держатель и провод с клеммой, присоединяемый к металлической заготовке. При приближении электрода к заготовке между ними образуется электрическая дуга, которая разогревает заготовку до высокой температуры, происходит плавление и смешивание разогретых поверхностей. Если анодом является деталь — электросварка происходит в режиме прямой полярности. Обратная полярность при дуговой сварке образуется при подаче положительного заряда на держатель сварочного аппарата.
Применение разного подключения
Разница подключения значений источника питания существенно влияет на результат работы. По сути, полярность — это движение электронов от отрицательного заряда к положительному. Следует учитывать, что «плюсовой» источник электротока всегда имеет наибольшую температуру нагрева (это явление широко используется в электросварке).
При прямой полярности сварки металл разогревается гораздо сильнее электрода — более чем на четыре тысячи градусов по Цельсию, в то время как обратная позволяет добиться максимальной температуры электрода.
Для соединения тугоплавких материалов либо металла значительной толщины целесообразнее подключить деталь в качества анода. Это обеспечит максимальный разогрев металла и меньшую площадь плавления. То же правило применимо при резке либо изготовлении отверстий в заготовках.
Для работы с тонкими листами либо с легкоплавким материалом идеальным выбором будет обратная полярность электросварки — наибольшая площадь плавки, а также высокая температура электрода позволят избежать прожога заготовки и создать эстетичный сварной шов.
Готовясь к сварочным работам, необходимо уделять внимание типу электротока, его силе, материалу электродов, скорости перемещения держателя при обработке заготовки.
Электроток бывает:
- постоянным;
- переменным.
Инверторный сварочный аппарат при подключении к сети преобразует переменный электрический ток в постоянный, который считается наиболее подходящим. Сварочный шов при использовании постоянного электротока получается более аккуратным, без разбрызгивания расплавленного металла. Разница в подключении «плюса» и «минуса» с использованием переменного тока практически отсутствует. Переменный электроток в электросварке имеет один из плюсов — дешевизну.
За счет увеличения силы тока увеличивается температура пятна сварки и ее глубина. Такие параметры можно регулировать скоростью перемещения держателя: чем выше скорость — тем меньше температура, глубина электросварки. Необходимо обращать внимание на рекомендации завода-изготовителя электродов: применение может отличаться в зависимости от выбранного подключения анода и катода. Неправильно выбранный расходный материал может существенно ухудшить качество шва в результате несоблюдения инструкции по его использованию. Для возбуждения электрической дуги при сварке с обратной полярностью требуется больше времени.
Качество, а также скорость проведения сварочных работ, зависят от подготовки работника, сварочного аппарата и расходных материалов.
Необходимо внимательно ознакомиться и неукоснительно соблюдать требования инструкций изготовителей к аппарату и электродам по режиму сварки : силе, напряжению тока, расстоянию дуги, скорости движения держателя.
Правильный выбор прямой или обратной полярности сварки позволит выполнить работу качественно и без лишних материальных затрат.
Графики, поясняющие процесс сварки постоянным током (б) и переменным (а)
Сварка с использованием сварочных аппаратов, которые работают на постоянном токе, сегодня нашла гораздо большее применение, нежели сварка аппаратами, которые работают на переменном токе. В первую очередь это связано с тем, что особенности сварки постоянным током позволяют существенно уменьшить количество присадочного металла электродов в сварочном шве. Во-вторых, при использовании сварки постоянным током удается добиться существенно уменьшения уровня окалины в сварном шве. Это значит, что соединение, которое получается в результате, обладает повышенной прочностью.
Электроды – одна из основных статей расходов при любых сварочных работах. Сварка постоянным током позволяет достичь существенного уменьшения показателей разбрызгивания электродов, а это значит – сокращение издержки материалов. В целом сварка переменным током позволяет повысить доходность процесса, при этом снизить затраты на изготовление деталей.
Немаловажное преимущество сварки постоянным током – это повышение производительности труда. Работа с постоянным током делает работу сварщика значительно проще, а значит – эффективнее и производительнее.
Сварка постоянным током может быть прямой и обратной полярности. Прямая полярность – это когда ток идет от минуса к плюсу и тепло концентрируется на изделии. Этот тип зачастую используют в механизированной сварке. Сварка постоянным током обратной полярности предполагает концентрацию тепла на торце электрода (то есть, минус – на изделии, а плюс – на электроде).
Стоит заметить, что потребности сварочного шва предполагают использование сварочного выпрямителя. Он может быть разного типа конструкции. Большинство этих выпрямителей используются в промышленности, поэтому они чаще всего работают на трехфазном токе частотой 50-60 Гц.
Сварка постоянным током обратной полярности позволяет увеличить глубину провара на 50%, по сравнению со сваркой постоянным током прямой полярности. Это объясняется тем, что на аноде и катоде выделяется различное количество теплоты. А вот во время сварки переменным током, глубина провара по сравнению с постоянным током обратной полярности ниже на 20%.
Диаметр электрода при сварке постоянным током зависит от положения сварки, толщины металла, вида соединения и формы кромок под сварку. Если речь идет о сварке встык, то диаметр электрода должен быть равным толщине свариваемого листа. При сварке листов большей толщины используют электроды диаметром от 4 до 6 мм.
Напряжение – величина, которая главным образом определяет ширину шва. А на такой параметр как глубина провара, напряжение не оказывает значительного влияния. Но и это не обязательно. Например, если при увеличении напряжения постепенно увеличивать скорость сварки, то ширина шва будет уменьшаться. В основном сила тока зависит от диаметра электрода, от его рабочей длины, покрытия и положения сварки. Чем выше ток, тем больше производительность, поскольку увеличивается количество наплавляемого металла.
Большинство современных сварочных аппаратов имеют в своей конструкции блок выпрямительных диодов, что, в свою очередь, обеспечивает постоянный сварочный ток. Для аппаратов, использующих в качестве сварочного материала проволоку (сварочных полуавтоматов) это является обязательным условием. Для аппаратов же, использующих для работы электроды это уже является опцией, позволяющей использовать практически любые марки электродов для проведения сварочных работ.
Классификация сварочной дуги по полярности постоянного тока:
а — прямая полярность; б — обратная полярность
При работе полуавтоматом необходимо обязательно соблюдать полярность подключения. Так, сварка обычной обмедненной проволокой в среде защитного газа производится током прямой полярности. То есть на изделие подается плюс, а на держак минус (прямая полярность при сварке). При таком подключении ток протекает от проволоки на изделие, в связи с чем нагрев изделия получается выше, нежели сварочной проволоки. И это закономерно. Свариваемые части имеют значительно большую площадь, соответственно, требуют большего нагрева для образования сварочной ванны. Проволока же, имеющая меньшую площадь достаточно легко плавится и в место сварки попадает уже в виде расплавленной капли. Протекающий ток, а он протекает именно от плюса к минусу, захватывает расплавившийся материал, опять же способствуя формированию качественной сварочной ванны.
Судя по комментариям посетителей нашего сайта, возникла небольшая путаница с тем, в каком все таки направлении течет ток в цепи. Давайте попытаемся внести ясность в этот вопрос!
Необходимо понимать, что «направление тока» в электротехнике — это больше условность, принятая для рисования схем. Традиционно, на схемах, принято рисовать от плюса к минусу, как будто движение тока происходит от плюса к минусу, хотя реальное движение носителей заряда в большинстве случаев происходит в обратном направлении! В случае, если проводником выступает металл (провод, электрод и т.п.), реальные носители заряда — электроны, летят от минуса к плюсу (т.к. электроны — отрицательно заряженные частицы). Если проводником выступает ионизированый газ или жидкость с ионами, в таком случае ионы летят в обе стороны.
При работе полуавтоматом без защитной среды газа, используется специальная порошковая (флюсовая) проволока. В этом случае обязательно меняется полярность подключения держака и «массы». То есть на массе «минус», а на держаке плюс (обратная полярность при сварке). Обусловлено это тем, что температура плавления флюса примерно одинакова с температурой плавления металла, однако для получения качественного шва необходимо чтобы флюс сгорел и образовал небольшое газообразное облако в среде которого и будет происходить сварочный процесс. Как уже отмечалось выше, ток течет от минуса к плюсу, поэтому и падение расплавленной капли металла будет несколько более низким, что обеспечит меньший прогрев свариваемого металла, поскольку охлаждение последнего не осуществляется средой защитного газа и формирование сварочной ванны будет примерно таким же, как и при сварке в среде газа.
Сварка цветных металлов, в частности алюминия, производится, как правило, специальным вольфрамовым электродом. В этом случае обычно используют прямую полярность при сварке — минус на электроде. Такой тип подключения позволяет получить большую температуру в зоне нагрева, что особенно критично для того же алюминия, поскольку первоначально необходимо «пробить» оксидную пленку, тем более, что температура плавления у последней гораздо выше, нежели самого металла.
Прямая полярность помимо всего прочего позволяет получить более концентрированную и узкую электрическую дугу, более глубокое проплавление металла, а, соответственно, более качественный шов и, что немаловажно, использовать меньший диаметр дорогостоящего вольфрамового электрода, а также снизить расход не менее дешевого газа.
При подключении вольфрамового электрода в обратной полярности при сварке — с плюсом на держаке — шов получается менее глубоким. Такой способ хорош при сваривании тонких пластин — в этом случае отсутствует опасность прожечь свариваемый материал. Однако ещё одним минусом является эффект «магнитного дутья». В этом случае образующаяся дуга получается блуждающей и шов получается менее красивым и герметичным.