Полярность сварки металла постоянным током

Сварка – это ручной труд, но сварщики должны обладать достаточным количеством технических знаний, даже если в школе физика для них была чем-то сверхъестественным.

Одним из обязательных понятий, которые необходимо знать, является «сварочный ток». Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки.

На сварочных аппаратах и электродах можно заметить обозначения AC или DC, которые описывают полярность тока. Почему электрические токи и полярность возникают во время сварки? Давайте рассмотрим эти понятия внимательно.

Что такое переменный (AC) и постоянный (DC) ток?

AC от англ. «alternating current» обозначает переменный ток, а DC «direct current» – постоянный ток.

АС чередует направление тока, а DС течет только в одном направлении.

Сварочные машины и электроды с маркировкой DC имеют постоянную полярность, тогда как маркированные AC изменяют полярность 120 раз в секунду с частотой тока 60 герц.

Чем переменный и постоянный ток различаются при сварке?

Сварка при постоянном токе (DC) создает более плавные и более устойчивые дуги, образуется меньше брызг. Легче производится сварка в вертикальном и верхнем положениях.

Тем не менее, переменный ток (AC) может быть предпочтительным выбором начинающих сварщиков, поскольку часто используется в недорогих сварочных аппаратах начального уровня. AC также распространен в судостроительной сварке или в любых условиях, где дуга может плавать из стороны в сторону.

Что такое полярность?

Электрическая цепь, возникающая при включении сварочного аппарата, имеет отрицательный и положительный полюс – это свойство называется полярностью. Полярность имеет большое значение при сварке, потому что выбор правильной полярности влияет на прочность и качество сварного шва. Использование неправильной полярности может привести к большому количеству брызг, плохому проплавлению и потере контроля сварочной дуги.

При сварке переменным током соблюдать полярность не требуется!

– сварка током прямой полярности

– сварка током обратной полярности

Что такое прямая и обратная полярность постоянного тока (DC)?

Полярность
прямая	обратная
отрицательная	положительная
(–)	(+)

Процесс сварки будет различаться в зависимости от направления, полярности тока: положительной (+) или отрицательной (–).

Положительная полярность постоянного тока (DC+) обеспечивает высокий уровень проплавления, в то время как отрицательная полярность постоянного тока (DC–) даст меньшее проплавление, но более высокую скорость осаждения (например, на тонком листовом металле). Различные защитные газы могут дополнительно влиять на процесс сварки.

Сварка током прямой полярности

Под сваркой прямой полярности принято понимать сварку, при проведении которой на свариваемую деталь (изделие) подаётся положительный заряд от сварочного аппарата, т.е. сварочный кабель соединяет свариваемое изделие с клеммой (+) сварочного аппарата. На электрод же подаётся отрицательный заряд через электрододержатель, соединённый кабелем с клеммой (–).

При сварке током прямой полярности основная температурная нагрузка ложится на металлическую свариваемую деталь. То есть, она разогревается сильнее, что позволяет углубить корень сварочного шва.

Ток прямой полярности рекомендуется применять при необходимости резки металлоконструкций и сварке толстостенных деталей, а также в иных случаях, когда требуется добиться большого выделения тепла, что как раз и является характерной особенностью такого типа подключения.

Сварка током обратной полярности

Под сваркой обратной полярности принято понимать сварку, при проведении которой на свариваемую деталь (изделие) подаётся отрицательный заряд от сварочного аппарата, т.е. сварочный кабель соединяет свариваемое изделие с клеммой (–) сварочного аппарата. На электрод же подаётся положительный заряд через электрододержатель, соединённый кабелем с клеммой (+).

При сварке током обратной полярности больше тепла выделяется на электроде, а нагрев детали сравнительно уменьшается. Это позволяет производить более «деликатную» сварку и уменьшает вероятность прожига детали.

Сварку током обратной полярности рекомендуется применять при необходимости сваривания тонких листов металла, нержавеющей, легированной стали, иных сталей и сплавов, чувствительных к перегреву.

Так как переменный ток (AC) наполовину положительный и наполовину отрицательный, его сварочные свойства находятся прямо в середине положительной и отрицательной полярности постоянного тока (DC). Некоторые сварщики выбирают переменный ток (AC), если они хотят избежать глубокого проплавления. Например, при ремонтных работах на ржавых металлах.

Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Понимание направления и полярности сварочного тока важно для правильного выполнения сварочных работ. Знание того, как эти факторы влияют на ваш сварной шов, облегчит вашу работу.

Сварочные материалы и оборудование Вы можете приобрести на нашем сайте – сварочные электроды и сварочное оборудование.

В зависимости от ряда факторов, сварочная дуга, подаваемая при сварке постоянным током, может иметь прямую или обратную полярность. В первом случае к обрабатываемым элементам подводится заряд «плюс», а к электроду — «минус». Обратная полярность при сварке отличается подачей к электроду «плюса» и «минуса» к детали. Подробнее о специфике методов — далее.

Особенности процессов

При прямой направленности кабель для сварки соединяет свариваемый элемент с положительной клеммой аппарата. Таким образом положительный заряд доходит от инвертора к заготовке; отрицательный же подается посредством электрододержателя.

Данный тип подключения вызывает увеличение температуры на аноде (полюсе «+»), если сравнивать с катодом («-»). Это обуславливает сферу использования прямой полярности при сварке. Она применима для резки металлических конструкций, заготовок с толстыми стенками, а также в случаях, когда необходимо выделение большого количества тепла или создание высокой температуры процесса.

Обратная полярность при сварке инвертором — это подача отрицательного заряда на обрабатываемый металл, а положительного — на электрод. Ситуация с выделением тепла противоположная — на расходном элементе наблюдается избыточный нагрев, а у свариваемой заготовки — недостаточный. Поэтому обратную полярность при сварке используют, если необходимо минимизировать порчу заготовки при работе, а также для деликатных работ. Она используется для неразъемных соединений таких материалов, как:

• нержавеющая сталь;
• тонколистовой металл;
• высокоуглеродистая, либо легированная сталь;
• сплавы, восприимчивые к перегреву.

Наиболее известные виды сварки, где используется подача тока обратной направленности — флюсовая электродуговая и в среде защитных газов.

Закономерности выбора

Почему для одних работ выбирается обратная, а для других — прямая полярность при сварке? Ответим на сей вопрос, рассмотрев термические особенности процесса с использованием обратной направленности.

При горении сварочной дуги на заготовке на конце электрода появляется пара участков, именуемых анодным и катодным пятнами. Разность их температур порой доходит до 800 градусов Цельсия (в пользу анодного). То есть количество тепла, выделяемое на заготовке во время работы, достаточно велико, а способ больше подходит для качественного провара швов.

Примечательно, что при работе постоянным током прямой полярности скорость сгорания металла электрода ниже на 20-40%. А для переменного тока соблюдение полярности не актуально вовсе — его особенность в том, что направление тока меняется по 100 раз за единицу времени.

Достоинства и недостатки методов

Варьирование полярности по-разному отражается на деятельности электрода. Так, обратная полярность при сварке отличается следующими чертами:

• увеличенное поступление тепла на заготовку;
• качественная, глубокая проплавка свариваемой детали;
• электрод дольше работает (медленно плавится);
• разбрызгивание жидкого металла с заготовки минимизировано.

Току прямой направленности присущи следующие черты:

• приток тепла к заготовке минимален;
• проплавка детали велика, но ниже, чем при обратной полярности;
• рабочий элемент быстро плавится, требуя замены;
• металл разбрызгивается с максимальной вероятностью.

Можно ли с уверенностью утверждать, что какой-либо из способов предпочтительнее другого? Больше очевидных преимуществ у сварки током обратной полярности, однако не только достоинствами определяется выбор. Для большинства электродов рекомендованная полярность указывается на этикетке.

Правила выбора полярности

Главный критерий выбора прямой или обратной полярности при сварке — материал покрытия электродов. Например, угольные расходные элементы очень быстро разогреваются при подключении элементов обратным способом и, как следствие, разрушаются. Проволока же, не имеющая какого-либо покрытия, хорошо горит при прямой полярности, а при использовании переменного тока вовсе не горит.

Габариты и форма получаемого шва также зависят от расположения полюсов. Например, более глубокая проплавка возможна при постоянном токе обратной направленности, что обусловлено увеличенным теплообразованием на аноде и катоде.

Немаловажно помнить — чем быстрее осуществляется сварочный процесс, тем ширина шва и глубина провара становятся меньше.

Какое оборудование использовать

Обратное направление востребовано в работе особыми установками. Специфика в том, что машина подает проволоку с некоторой скоростью на заготовку, поэтому возможен выбор нескольких типов сварки.

Например, в среде защитных газов (когда используется аргон или углекислый газ), либо с использованием проволоки, обработанной порошком. Обратная направленность тока применима при работе с газами, прямая — когда процесс выполняется порошковой проволокой (также известной как флюсовой).

Полуавтоматическая сварка предполагает ряд изменений процесса. Во-первых, подключение «держака» и «массы» меняется — на первом «плюс», на второй «минус» (обратная). Делается это для того, чтобы флюс выгорел полностью, а сварочный процесс произошел внутри образовавшегося газообразного облака. Металл будет меньше прогреваться, а разбрызгивание капель сведется к минимуму.

Прямая используется для сварки цветных металлов, когда рабочим расходным элементом выступает вольфрамовый электрод. Таким образом достигается увеличение температуры в зоне нагрева, что может быть критично для, например, алюминия.

В работе с переменным током задача пользователя — своевременно менять расходные элементы. Профессионалы же или продвинутые любители предпочитают постоянный ток как надежный залог качественной сварки. Работа с инвертором позволяет выбирать один из двух известных вариантов действий. Прямая и обратная полярность при сварке выступают способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор направления диктуется рядом факторов, главные из которых — материал расходников и используемое оборудование.

Если вы знаете другие специфические особенности выбора параметров сварки, поделитесь информацией в комментариях к статье.

В зависимости от условий проведения сварочных работ используются различные способы подключения токовой цепи сварочного агрегата.

Прямая полярность при сварке предполагает подключение плюсовой шины к свариваемой заготовке, а минусовой – к рабочему электроду. В случае обратной подачи питающего тока подключение осуществляется «с точностью до наоборот».

Основное отличие в подключении

В случае прямой полярности сварочный кабель подключается к положительной клемме аппарата, так что носители электрических зарядов поступают к нему через обрабатываемое изделие. Отрицательный же полюс притока зарядов образуется в районе основного инструмента сварщика – держателя с электродом.

Описанное различие прямой и обратной полярности подключения к инверторам оказывает существенное влияние на температурный режим в зоне сварки.

Так, прямое подсоединение увеличивает температуру на анодном полюсе дугового разряда (знак «+») в сравнении с катодным контактом (знак «-»). Этим эффектом и обуславливается возможная сфера применения прямой полярности при проведении сварочных работ.

Прямая направленность тока обеспечивает выделение значительных количеств тепловой энергии со стороны заготовки. Вследствие этого прямую полярность можно применяться для резки крупногабаритных металлических конструкций и массивных стальных изделий с толстыми стенками.

При обратном включении картина распределения выделяемой тепловой энергии совершенно другая. В этом случае избыток тепла наблюдается на электроде сварочного инвертора, а со стороны обрабатываемой заготовки его уровень заметно понижается.

Вот почему обратная полярность используется в тех случаях, когда нужно свести к минимуму риски выбраковки заготовок, а также при проведении ювелирно выверенных, точных работ.

Обратную полярность применяют также при сварке тонколистовых материалов и сталей различной степени легирования, чувствительных к перегреву. Наибольшее распространение получило использование тока обратного включения при работе под флюсом, а также в среде инертных газов.

Постоянный и переменный ток

Помимо прямой и обратной полярности подачи напряжения, большое влияние на сварку оказывает род тока (постоянный или переменный). Зависимость сварочного процесса в этом случае проявляется в том, что при сварке постоянным током прямой направленности электрод выгорает значительно дольше.

Род и полярность тока, как факторы, совместно влияющие на особенности сварки, имеет смысл рассматривать лишь для постоянного напряжения.

При формировании электрической дуги в режиме переменного тока понятие полярности автоматически исключается из рассмотрения.

Влияние типа питающего напряжения (постоянное или переменное) сказывается при выборе оборудования для сварки. Оно выражается в следующих разноречивых факторах:

• при работе инвертором на постоянном токе удаётся получить более качественный и надёжный шов;
• тот же результат получается при работе с полуавтоматом;
• с другой стороны большинство электронных и автоматизированных систем сварки чувствительно к величине питающего напряжения и нуждаются в стабилизаторе;
• обычный трансформаторный преобразователь в части питающего напряжения не имеет строгих ограничений и может запускаться даже при сильно заниженных его показаниях.

По этой причине при большой нестабильности эксплуатируемой сети лучше всего приобретать обычный трансформаторный агрегат, работающий в режиме переменного тока (в какой-то мере жертвуя качеством).

В противном случае встроенные в инверторы электронные системы будут автоматически отключаться в самый неподходящий момент.

Влияние на выбор электродов

Род тока сказывается и на выборе электродов для сварки. Так, работающий на переменном токе агрегат сможет сваривать изделия только специально предназначенными для этих целей электродами.

При работе с такой аппаратурой допускается использовать и универсальные расходные материалы.

А вот электродами, предназначенными для использования в режиме постоянного тока (УОНИИ, например) этот аппарат работать не может. Отметим также, что инвертор может варить с практически любыми расходными материалами, но предпочтение обычно отдаётся универсальным стержням.

Таким образом, род тока, как фактор влияния на сварочные процедуры, определяет выбор подходящего аппарата и используемых при сварке электродов.

Особенности каждого из подключений

Изменение полярности подключения агрегата в первую очередь отражается на качестве сварочного шва и на состоянии электрода. Применение обратной полярности при сварке характеризуется следующими положительными чертами:

• повышенное количество тепловой энергии, расходуемое со стороны электрода;
• качественная и глубинная проплавка обрабатываемой заготовки;
• минимальное разбрызгивание со стороны сплавляемого изделия.

В свою очередь прямой ток ограничивает поступление тепла к заготовке со стороны электрода и меньшую по сравнению с обратной полярностью её проплавку. При этом электродный стержень всё равно быстро расплавляется и требует частой замены.

При оценке каждого из этих режимов нельзя гарантированно утверждать, что один из них предпочтительнее, чем другой.

На первый взгляд явное преимущество имеет сварка обратным током, но при этом должны учитываться и другие факторы сварочного процесса.

С этой целью для большинства используемых при сварке электродов рекомендуемая полярность указывается на их упаковке (на специальной этикетке).

Работа с полуавтоматом

Специфика работы полуавтоматических агрегатов предполагает определённую скорость подачи проволоки к месту соединения заготовок и соответственно этому – несколько режимов сварки.

Это может быть работа либо в среде защитных газов (аргона или углекислоты), либо со специальной порошкообразной проволокой. При этом полярность включения зависит от конкретно выбранного режима и определяется требованиями эффективности сварочных операций и их экономичности.

Обратная полярность востребована при сварке в среде защитных газов, тогда как прямая чаще всего применяется при работе с порошковой (флюсовой) проволокой.

За счёт правильно выбранной полярности подачи тока в полуавтоматическом режиме обеспечивается полное выгорание флюса и образование в зоне сварки требуемой защитной среды. В этом случае металл прогреваться заметно меньше, а его разбрызгивание сводится к возможному для данных условий минимуму.

Прямой полярностью при обращении с таким оборудованием сварщики пользуются при работе с вольфрамовыми электродами, чаще всего применяемыми для сплавления изделий из цветных металлов.

За счёт их использования удаётся повысить температуру в зоне нагрева, что очень важно для такого сложного в обработке металла, как алюминий.

Можно сделать вывод, что выбор той или иной полярности подключения питающего напряжения определяется рядом факторов, порой не связанных с классом используемого оборудования.

Основное влияние оказывает тип применяемого расходника (электрода), материал свариваемой заготовки и режим работы конкретного сварочного агрегата.