Каждый уважающий себя сварщик должен знать, что такое полярность. Ведь без этого просто не получится правильно настроить оборудование. В статье мастер сварщик расскажет, чем отличается прямая и обратная полярность при сварке.
Дуговая сварка — режимы полярности
Для горения электрической дуги, которой осуществляется сварка, требуется источник тока и замыкание полюсов с небольшим воздушным зазором 3-5 мм.
Источником тока может быть сварочный инвертор, преобразователь, выпрямитель, генератор. Понятие полярности возможно только у источников постоянного тока, поскольку у трансформаторов, вырабатывающих переменный ток, направление движения электронов меняется до 100 раз в секунду.
Соответственно, заряд тоже меняется с положительного на отрицательный многократно за секунды. При такой "скачке" с хаотичным движением, постоянной полярности быть не может. На постоянном токе отрицательно заряженные электроны движутся от минуса к плюсу. Их направление постоянное, что дает определенные свойства:
- Ток более стабильный;
- Сварочная дуга горит ровно;
- Меньше разбрызгивается металл;
- Легче контролировать сварочную ванну.
Если держатель установить в разъем "-", а кабель массы подключить к "+", получится прямая полярность. При подключении наоборот (держатель к "+", а массу к "-") полярность будет обратная.
Отличия режимов сварки
Рассмотрим, чем отличается прямая и обратная полярность при сварке. По законам физики постоянный ток течет в одном направлении от минуса к плюсу (движение электронов с отрицательным зарядом). При этом тепло всегда концентрируется на плюсе. Соответственно, где "+", там температура будет выше.
При сварке на прямой полярности "+" на изделии. Это обеспечивает больший нагрев поверхности и, в то же время, не перегревает электрод. На его кончике пятно тепла будет анодным. Работа дугой с обратной полярностью означает "плюс" на кончике электрода и образование катодного теплового пятна. За счет этого расходник нагревается больше, а изделие меньше. Разница в температуре составляет около 1000 °C.
Влияние полярности на сварку
Теперь обсудим, как полярность, а именно локализация нагрева, сказываются на процессе сварки.
Достоинства и недостатки прямой полярности
Концентрация теплового пучка на изделии дает следующие результаты:
- При воздушно-дуговой резке процесс выполняется быстрее;
- Можно увеличивать силу тока на аппарате без перегрева расходников;
- Достигается более глубокое проплавление корня, а сам шов при этом остается узким;
- Сварочная дуга горит особенно стабильно, легче манипулировать для накладки шва.
Сварка TIG цветных металлов, например меди, ведется на прямой полярности. Лучше всего применять такой режим при работах с металлами сечением от 4 мм и выше. Но тонкие листовые заготовки на прямой полярности будут прожигаться. Еще стороны может сильно "повести" при сварке и потребуется рихтовка деталей. Не получится использовать электроды для переменного тока при сварке постоянным с "плюсом" на держателе. Разбрызгивание металла при таком режиме тоже повышается.
Достоинства и недостатки обратной полярности
Использование обратной полярности дает следующие особенности при сварке:
- Меньше нагревается изделие;
- Меньше выгорают легирующие элементы;
- Снижается вероятность температурных деформаций;
- Присадочный металл с кончика стержня отделяется крупными каплями;
- Возможна сварка листовых металлов сечением 1-3 мм без прожогов;
- Шов широкий, но не глубокий;
- Уменьшается бурление углерода в сварочной ванне.
Обратную полярность лучше использовать при сварке тонких металлов, чтобы электрод не прилипал, но при этом не было прожогов. В случае ведения прерывистой дугой коротких швов тепловложение уменьшается еще больше.
Соединение толстых заготовок 6-10 мм происходит гораздо хуже, поскольку нет нужной глубины проплавления. При "минусе" на держателе легче добиться качественного шва на нержавейке, алюминии, высокоуглеродистой стали или чугуне. Если требуется наплавить присадочный металл под последующую проточку, то на обратной полярности отделение капли происходит гораздо быстрее.
Но кончик электрода от повышенного нагрева укорачивается тоже быстро, поэтому будет перерасход по материалам. Если обмазка электрода чувствительна к перегреву, то от удержания длительной непрерывной дуги покрытие может осыпаться, и голый стержень станет не пригодным для сварки. При снижении силы тока до минимального, дуга начинает "скакать" и управлять сварочной ванной становится сложнее, поэтому при сварке тонколистовой стали пригодятся дополнительные функции в инверторе, о которых упомянем ниже.
Сварка полуавтоматом
При сварке полуавтоматом тоже меняют полярность в зависимости от толщины металла и видах свариваемых материалов. Чаще всего изначально установлено прямое подключение с "минусом" на горелке. Это необходимо для сварки омедненной или нержавеющей проволокой. Поскольку ее сечение маленькое (0.6-1.2 мм), тепло требуется концентрировать на изделии, иначе расходник будет быстро гореть, разбрызгивая металл во все стороны.
Если предстоит варить самозащитной порошковой проволокой без газа, то потребуется обратная полярность. В отличие от инвертора, у которого достаточно поменять местами разъемы кабеля держателя и массы, у полуавтомата горелка крепится к рукаву. В нем проложен канал для проволоки, силовой провод, шланг подачи защитного газа и провода управления. Просто в разъем с массой горелку не вставить — не подойдет по форме.
Для смены полярности полуавтомата есть несколько способов, в зависимости от конфигурации оборудования. У одних моделей нужно поменять местами разъемы в нижней части (силовой кабель горелки имеет отдельный выход с гнездом, как у массы). У других — открыть боковую крышку и переподключить кабеля к клеммам (обычно они разных цветов). Потребуется рожковый ключ.
Сварка инвертором
Сварка инвертором ММА проводится на прямой полярности "классическим" способом, поскольку режим применяется для соединения толстостенных заготовок 4 мм и выше:
- Касанием кончика электрода о поверхность изделия возбуждается электрическая дуга.
- Электрод наклоняют на себя под углом 40-60°.
- На плотно сведенных сторонах ведут ровный шов без колебательных движений. В случае разделки кромок корневой шов прокладывают аналогично, а последующие слои с поперечно-колебательными движениями в виде полумесяцев, спирали, восьмерок.
Сварка ведется неотрывной дугой с зазором 3-5 мм. Чем быстрее проводить электрод над одним местом стыка, тем меньше глубина проплавления. При замедлении глубина провара увеличивается. Если предстоит подряд сваривать стыки с разной толщиной сторон, можно выставить силу тока на аппарате для самого большого сечения в конструкции, а глубину провара регулировать скоростью ведения электрода. Только дугу при этом всегда держат на более толстом металле, кратковременно перенося на тонкий, чтобы избежать прожогов.
Сварка на обратной полярности чаще всего применяется для соединения тонких листовых материалов сечением 1-3 мм. Но даже концентрирование теплового пучка на кончике электрода не всегда спасает от прожогов. Чтобы предупредить дефекты шва, используют прерывистую дугу. Ее поджигают касанием об изделие и накладывают короткие швы без отступов. Отрыв кончика электрода от изделия на высоту 2 см приводит к затуханию дуги. Затем кончик снова подносят и он загорается без постукивания. Такие паузы дают дополнительное время для остывания шва и исключают прожоги.
Электрододержатель
При работе инвертором с прямым подключением на высоких токах 200-300 А держатель может сильно перегреваться. Такое происходит и при силе тока 140 А, если установлена обратная полярность. Ведь на электроде возрастает нагрев до 1000 градусов. Чтобы не испытывать дискомфорт в руке, важно выбирать держак инвертора с хорошей изоляцией рукоятки. Тогда получится дольше варить без вынужденных перерывов на остывание.
Сварочные электроды
Если Вы новичок и не знаете, на какой полярности будете варить (а может предстоит работать с тонкими и толстыми металлами сразу), выбирайте универсальные электроды. Они рассчитаны на переменный и постоянный ток любой полярности. Среди проверенных универсальных электродов — Lincoln Electric Omnia 46, СпецЭлектрод АНО-21, ESAB ОЗС-12. Для работы с обратной полярностью есть узкоспециализированные электроды ESAB ОК 46.00.
Выбор инвертора и его эксплуатация
Чтобы быстро переключать полярность при работе с тонкими и толстыми металлами, у инвертора должны быть надежные разъемы силовых кабелей. Хлипкие тонкие штырьки в разъеме и невысокий бортик для фиксации быстро износятся от частых перестановок. Тогда возникнет люфт, в гнездах кабеля будут болтаться, образуется повышенное сопротивление и перегрев. Сила сварочного тока будет падать, а между разъемом и гнездом даже возможно образование электрической дуги.
Подбирайте надежные инверторы ММА с прочными гнездами, чтобы при смене полярности ничего не изнашивалось и не болталось. Если у Вас уже есть инвертор и его разъемы изношены, их можно заменить на более крепкие, выбрав из каталога соединительных кабельных разъемов.
Сварка тонкого металла 1.0-1.5 мм покрытым электродом — это сложная задача для новичка. Справиться с ней без прожогов помогут инверторы РДС с функцией "Антиприлипание". Когда кончик электрода погружается в сварочную ванну, аппарат "чувствует" это и выключает сварочный ток. В результате нет удерживающей силы, Вам не требуется наклонять держатель влево-вправо, чтобы оторвать электрод от поверхности. Обмазка расходника не осыпается при этом.
Функция "Форсаж дуги" тоже помогает при сварке тонкого металла на обратной полярности. Когда электрод вот-вот прилипнет, инвертор автоматически повышает силу тока на 10 А, сохраняя электрическую дугу. Как только Вы восстановили воздушный зазор, аппарат сам понижает силу тока до прежнего значения, исключая прожоги.
В продолжение темы посмотрите также наш обзор Диодный мост для сварочного аппарата — назначение и особенности сборки