Что такое баланс полярности на сварочном аппарате
Ставим точку в вопросах прямой и обратной полярности в сварке
Ставим точку в вопросах прямой и обратной полярности в сварке
Чтобы варить качественно, нужно знать многие тонкости сварки постоянным током. Одна из них, это обратная полярность, когда к электроду подсоединён плюс инвертора, а не минус.
Многие почему-то забывают о том, что ток течёт от плюса к минусу. Да, здесь есть множество противоречий, но следует знать, что ток может перетекать сразу в двух направлениях.
При отрицательном заряде ток течёт от минуса к плюсу, а при положительном заряде, наоборот, от плюса к минусу. Что касается ручной дуговой сварки инвертором, то при подключении электрододержателя к плюсу аппарата, мы получим обратную полярность.
Ставим точку в вопросе прямой и обратной полярности в сварке
Поэтому если вы постоянно путаете, где обратная, а где прямая полярность при сварке инвертором, просто запомните, что ток течёт от плюса к минусу. Таким образом, подсоединив к держаку плюс, сварка будет сильнее разогревать электрод, а не свариваемый металл.
Ну и наоборот, если к электроду подвести минус, а к металлу плюс от инвертора, то мы получим прямую полярность. В таком случае метал, будет нагреваться сильнее, и мы сможем больше углубить корневой шов. На самом деле все очень просто, от плюса к минусу.
Когда нужна обратная, а когда нужна прямая полярность
И здесь, как оказывается всё достаточно просто. Выше я уже упоминал о том, какое значение имеет направление движения тока. Если к электроду подсоединён плюс от инвертора, то мы меньше нагреваем металл. Следовательно, не будет прожогов: в металле не образуются дыры от сварки.
Соответственно использовать обратную полярность инвертора целесообразно в том случае, когда нужно варить тонкий металл, почти что жестянку. Также обратную полярность удобно использовать при сварке тех металлов, которые нельзя сильно перегревать, например, нержавейку.
На обратной полярности происходит большее расплавление присадочного материала, то есть электрода. В таком случае удобно варить тонкий металл прихватками — небольшими точками расплавленного металла.
Ну и практически наоборот получается при использовании прямой полярности в сварке. Когда минус подключён к электрододержателю, а плюс к заготовке, то металл прогревается гораздо сильнее. Вследствие этого он плавится лучше, что дает возможность углублять и проваривать сварное соединение.
Итак, подведём итоги. Больше никакой путаницы, и никаких разногласий. Ток течёт от плюса к минусу, поэтому подключая плюс к электроду или металлу, мы тем самым больше разогреваем металл или же электрод. В случае с подключением к электроду плюса, это обратная полярность. При подключении к электроду минуса, получаем прямую полярность.
Подписывайте на мой канал в Дзен. Оставляйте свои комментарии к статье ниже, делитесь советами и не забывайте благодарить лайком автора.
Баланс полярности при сварке алюминия
Как правильно варить алюминий аргоном
Есть несколько способов неразъемного соединения этого капризного материала, у каждого есть достоинства и недостатки. Но надежные и эстетичные швы, не требующие дополнительной обработки, создаются только сваркой алюминия аргоном. Успешность работы определяется правильностью выбора оборудования, расходных материалов и знания нюансов метода.
Особенности сварки алюминия аргоном
Выполняя работу нужно учитывать неординарность характеристик этого металла:
Необходимое оборудование и материалы
Для работы потребуется аппарат выдающий переменный ток, поскольку сварку алюминия постоянным током аргоновым методом провести не получится. Оптимальным вариантом будет инвертор с режимом тиг и набором опций, позволяющих:
Чтобы снизить расход газа для сварки алюминия нужно обзавестись горелкой с газовой линзой (цангодержателем), внутри которой помещена сетка. При проходе аргона через ячейки улучшается защита места сварки при меньшем расходе. Для установки линз выпускаются сопла нескольких диаметров, чем больше размер, тем надежнее защита.
Сварка проводится универсальным вольфрамовым электродом (AC/DC) любой окраски или специализированным для работы переменным током (AC) зеленого цвета. Конец заостряется, но оставляется притупление. После розжига дуги он станет похожим на каплю. Чтобы вольфрам не перегревался, электрод вставляют в сопло с вылетом 3 — 5 мм. При работе он загрязняется алюминиевыми брызгами, тогда конец снова заостряют.
Так как у алюминия высокая скорость плавления присадочная проволока должна быть диаметром не меньше толщины деталей, чтобы успевать продвигать ее. Она может подаваться вручную или механизмом полуавтомата. Работая с чистым алюминием, чаще всего выбирают проволоку №5356, а со сплавами — №4043, с добавлением кремния.
Для tig сварки алюминия требуется чистый газ аргон с концентрацией 98 — 99%. Поэтому покупать его нужно у надежных продавцов. Редуктор и манометры лучше выбрать импортные, поскольку они позволяют точнее настраивать расход, чем отечественные модели.
Настройка аргонового аппарата
Сначала настраивается расход газа в диапазоне 6 — 12 л/мин по манометру, который ближе к шлангу. Работая в помещении, значение устанавливается в 1,5 раза меньше чем на улице. Завышенный расход создает турбулентные завихрения, которые газ смешивают с воздухом, снижая тем самым надежность защиты зоны сварки.
В зависимости от толщины заготовок настройку аппарата для сварки аргоном по току проводят по таблице:
Толщина металла, мм
Величина тока, А
Диаметр электрода из вольфрама, мм
Для алюминия устанавливается полярность 50/50. Однако при работе с чистым металлом для получения тонкого шва и меньшего разогрева электрода регулятор баланса тока сдвигают в сторону отрицательных значений. Для сплавов лучше пользоваться положительным диапазоном, но не увлекаясь. Переменный ток с большой положительной полуволной губителен для электрода.
Время затухания дуги при заваривании кратера, в зависимости от толщины заготовок устанавливается 2 — 4 секунды. Продолжительность подачи аргона после завершения сварки 3 — 5 секунд.
Подготовка деталей к сварке
Прежде чем начинать сваривать детали их очищают от грязи и жира любым растворителем. Оксидную пленку удаляют щеткой с металлическим ворсом или напильником. Использование абразивного инструмента нежелательно. Крупинки, оставшиеся в царапинах, попадут внутрь шва, что не лучшим образом скажется на его качестве. С кромок толстого алюминия (больше 4 мм) снимают фаски под углом 45 — 65⁰.
Для удаления влаги заготовки подогреваются до 150⁰C. Для снижения риска прожога тонкого металла до нуля под заготовки подкладывают стальные или медные пластины. Они улучшают отвод тепла, что позволяет ускорить процесс, за счет чего экономится энергия и газ. Сварку в среде аргона проводят сразу после подготовки, чтобы алюминий не успел окислиться.
Процесс сварки алюминия аргоном: пошаговая инструкция
Главным для начинающих, осваивающих эту технологию, является строгое выполнение несложных правил:
Освоив технологию аргонодуговой сварки алюминия можно неплохо зарабатывать. За 1 см такого соединения платят 45 и более рублей. Но чтобы стать востребованным специалистом придется сначала потренироваться, чтобы научиться создавать надежные швы.
Пособие по сварке алюминия аргоном для новичков
Желаете покорить алюминий — этот капризный, легкий материал с высокой электропроводностью? Друзья, это возможно!
Рассмотрим, как происходит сварка алюминия аргоном для начинающих, каждый новичок освоит пошаговую с фото и видео инструкцию.
Необходимое оборудование
Для сварки алюминия необходим источник (аппарат) выдающий переменный ток. На постоянном токе технология не получится.
На аппарате должны быть функции:
Этих настроек (рассмотрены ниже) хватит для проведения качественной аргоновой сварки алюминия.
Газ аргон должен быть чистым, приобретайте баллоны без атмосферного воздуха. Если редуктор на баллоне с аргоном стоит российского производства, то рекомендуется поставить расход 12-15 л/мин. А если чешской марки, то достаточно 8 литров.
Выставляем правильный расход газа
Таблица с номерами прутков и их областей применения:
Вольфрамовые электроды можно применять — универсальные (AC/DC), окрас разный или только для сварки переменным током (AC), окрашены в зеленый цвет.
Минимальный диаметр электрода для аргонно дуговой сварки алюминия — 2,4 мм. Перед работой его затачивают, делая не острым, а с небольшим притуплением. Особо не старайтесь, во время сварки он примет свою правильную форму, похожую на капельку. Капелька должна быть размером по диаметру электрода, цвет блестящий с ровной сферой.
Электрод с блестящей капелькой
Если цвет матовый, значит поступает мало газа или он некачественный. Если электрод оплавляется, значит он неправильно выбран. Необходимо поставить электрод большего диаметра.
При сварке алюминия рекомендуется использовать газовую линзу (цангодержатель). Внутрь конструкции вставлена сеточка, проходя через которую газ создает лучшую защиту для вольфрамового электрода и сварочной ванны.
Цангодержатель устанавливается в горелку
Под линзу есть специальные сопла с разным диаметром. Чем больше диаметр сопла, тем лучше защита.
Выступать электрод из сопла должен на 3-5 мм. При большем выстреле, вольфрам сильнее греется и быстрее разрушается.
Как настроить аппарат
Рассмотрим инструкцию для начинающих по шагам на примере сварочного инвертора Ironman 200 AC/DC.
1) Крайняя слева функция — это настройка баланса переменного тока (CLEAN WD.), имеющая 2 полярности — минус и плюс.
В технологии нашего соединения используется полярность 50/50, от вида задач полярность изменяется. Например, при сварке чистого алюминия, баланс настраивается в отрицательном диапазоне. Так металл, ванна, электрод будут меньше греться, а швы получаться тонкими и красивыми. Ввиду малого нагрева электрода, его можно затачивать более остро.
Для грязного алюминия лучше устанавливать положительный диапазон, так нагрев металла будет сильнее, а зачистка ванны лучше.
Соблюдайте меру: положительная полуволна губительно действует на вольфрамовый электрод.
Исходя от диаметра электрода, регулируется правильный баланс переменного тока.
2) Следующая функция (CURRENT) — это настройка сварочного тока. Для сварки алюминия, например, толщиной 2 мм, достаточно установить силу в 60-65 А.
3) Третий тумблер (DOWN SLOPE) — настройка заварки кратера (медленное затухание дуги). Установка продолжительности затухания дуги зависит от толщины металла. Для 2 мм достаточно поставить 3 секунды.
4) Заключительная функция (POST TIME), продувка газом, необходима для охлаждения ванны, электрода и горелки в конце сварки.
Видео: по настройке аппарата TIG.
Подготовка материала и технология процесса
Техника сваривания алюминия отличается от других видов соединений металла. Алюминий теплопроводный материал, имеющий малую температуру плавления.
Учтите: вначале проведения работы, заготовки необходимо хорошо прогреть (как бы не хватает тока), а в процессе сварки алюминий быстро перегревается (переизбыток тока) — учитывайте эти нюансы.
Чем зачищать заготовки? Можно использовать стальную щетку.
Итак, сварка дюралюминия аргоном для начинающих поэтапно. Берете кусок серебристо-белого материала потолще, тщательно его зачищаете и учитесь варить красивый шов.
В одну руку помещаете горелку, а в другую присадочный пруток. С помощью кнопки на горелке, зажигаете дугу, которая очистит металл и удалит оксид. Образуется ванна, не спешите добавлять присадочный материал слишком быстро. Внимательно смотрите на ванну и подавайте проволоку, когда это нужно (как правильно делать, смотрите на фото).
Подавайте пруток на кончик сварочной ванны
Горелку держите под углом 15 градусов. Учтите, при продолжительной работе, рука устает и угол наклона меняется.
Шов должен получится ребристый, от легких прикосновений присадочного материала.
Может случится, что вольфрам загрязнится и сварка пойдет с помехами (не будет получаться). В таком случае, необходимо очистить электрод.
Как набьете поэтапно руку на сплошном куске, можно перейти на соединение двух половинок алюминия. С помощью проб и ошибок, меняя регулировки своего аппарата, вы освоите эту непростую технологию.
Из начинающего робкого неумехи, вы превратитесь в опытного специалиста. Для которого аргоновая сварка алюминия, станет легко выполнимой.
Знайте, цена за 1 см такого соединения начинается от 45 рублей. Овладев техникой, вы сможете оказывать подобные услуги и зарабатывать дополнительные денежки.
TIG сварка алюминия для чайников. Часть 2
Это статья из серии экспресс-уроков Свар-EXPRESS.
Тема урока: Сварка алюминия аппаратом Aurora Ironman 200 AC/DC
 | Инженер-сварщик Евгений Евсин |
Поговорим о настройках аппарата AuroraPRO Ironman 200 AC/DC.
На фронтальной панели аппарата есть циклограмма, в которой последовательно расположены все его настройки.
Первая настройка, и она не случайно стоит первой – это баланс переменного тока. Это очень важная настройка, о ней я расскажу более подробно. Баланс переменного тока имеет две полярности – минус и плюс. В процессе сварки в основном используется полярность 50 на 50, но под разные задачи можно эту полярность изменять. Например, если настроить баланс чтобы полуволна переменного тока больше действовала в отрицательном диапазоне, тогда металл и сварочная ванна будет меньше греться и электрод будет меньше нагреваться, и это целесообразно для сварки чистого алюминия. Сварочная ванна будет иметь небольшой диаметр пятна нагрева и, соответственно, можно сваривать более тонкие, ювелирные швы.
В отрицательной полуволне также меньше греется вольфрамовый электрод и можно оставлять его заточку почти острую, она не будет идеально острая, будет иметь небольшой шарик, но не такой как например в режиме 50 на 50. За счет этого пятно нагрева гораздо меньше.
В положительной полуволне баланса нагрев металла будет сильнее, зачистка сварочной ванны будет лучше и это актуально для сварки грязного алюминия. В основном, это литейные сплавы, где много примесей и в таком случае на положительной полуволне очень хорошо происходит очистка сварочной ванны. Но с ней надо быть осторожней в том плане, что эта положительная полуволна действует пагубно на вольфрамовый электрод. Если будет слишком высокий нагрев электрода, то он будет расплавляться. Здесь нужно чувствовать край. К примеру, для электрода диаметром 1,6 будет одно значение — от середины можно немножко отклониться. Для электрода 2,4 можно еще прибавить. Соответственно, отталкиваясь от толщины электрода регулируется баланс.
Следующая настройка — Current — это сварочный ток. Я сейчас буду сваривать алюминий толщиной 2 мм. Ориентировочно надо будет выставить примерно 60 Ампер, больше или меньше – в процессе сварки я это пойму.
Oчень важная настройка — Down Slope — это заварка кратера. Чтобы в конце сварки не получилось глубокого проплавления не заваренного кратера необходимо настроить медленное затухание дуги. Продолжительность затухания зависит от того, какой металл и какой толщины мы свариваем. Для металла толщиной 2 мм, я думаю, что 3 секунды будет достаточно. И последняя настройка – это Post Time – продувка газом. Продувку газом необходимо увеличивать, для того, чтобы в конце сварки правильно охладить ванну, охладить правильно вольфрамовый электрод, чтобы он не окислился пока горячий, то есть аргоном обдувает, пока он не остынет. И, соответственно, горелка у нас тоже с газовым охлаждением и если она слишком сильно нагрелась, то дополнительная порция газа не помешает в конце сварки, чтобы её охладить.
На этом всё по настройкам.
Смотрите данную статью в видео-ролике:
Nicholas1981 › Блог › О сварке аргоном алюминия для начинающих
Значит купил я себе вот такой аппарат, давно мечтал, откладывал в дальний ящик, ну когда нибуть…очень хочу. Тут звезды видно сошлись на небе и деньги были и аппарат подвернулся, еще и раздумывал стоит ли так опускать свой бюджет, но где-то внутренее я говорило «-Бери!»
Расскажу в своей заметке о сварке алюминия и советы для начинающего аргонщика от такого же как и вы, профессионалов полно на ютубе их всегда найдете легко)))
Первая проблема с которой я столкнулся (имея опыт в сварке) аппарат варит все, но не алюминий, или если варит то не так как у других.
Есть у меня такая книга «Сварка и резка металлов» Все в ней описано просто и понятно без всяких тайн.
Вообщем вывод такой покупать аргон у проверенных поставщиков, потому как документы о 99,993 могут быть у любого а по факту с нарушением технологии заправляют…
TIG сварка алюминия для чайников. Часть 1
Это статья из серии экспресс-уроков Свар-EXPRESS.
Тема урока: Сварка алюминия аппаратом Aurora Ironman 200 AC/DC
| | Инженер-сварщик Евгений Евсин |
Сегодня я расскажу вам как сварить алюминий аппаратом Ironman 200 AC/DC.
Немного теории – для того, чтобы сварить алюминий необходим источник, который выдаёт переменный ток, потому что алюминий на постоянном токе сварить невозможно. Это касается конкретно аргонодуговой сварки. На аппарате должна быть обязательно функция бесконтактного поджига, функция заварки кратера и функция регулировки баланса переменного тока. Данный аппарат имеет все эти функции, больше в нём ничего нету, но этого вполне достаточно, чтобы качественно сделать работу.
Газу аргону нужно уделять особое внимание. Если он будет немножко грязный, то сварка не получится. Алюминий в процессе сварки будет чернеть и швы будут очень некрасивые. Потому что бывает, что попадаются баллоны, в которых намешано немножко воздуха из атмосферы.
Я встречал два основных вида присадочного материала – это присадочные прутки для сварки чистого алюминия, например, как у меня здесь, электротехнические шины, там применяется чистый алюминий.
И присадочные прутки для сварки литейного алюминия, в котором большое количество примесей других металлов. В таких прутках добавлен компонент кремний, который гораздо облегчает работу с алюминием и швы будут максимально прочные в таких случаях.
Для сварки чистого алюминия применяются прутки под номером 5356. Для сварки литейных сплавов алюминия применяется пруток 4043.
Вольфрамовый электрод
Вольфрамовые электроды необходимо применять либо универсальные либо для сварки переменным током, такие электроды окрашены в зелёный цвет. Для сварки алюминия я применяю универсальный электрод диаметром 2,4. Можно варить как тонкий алюминий, так и толстый, до 5-6 мм.
Если электрод слишком сильно оплавляется, значит он выдерживает слишком большие температуры, а значит он не рассчитан на такие токи. То есть необходимо применить электрод больший в диаметре.
И еще в аппарате существует такая функция как баланс переменного тока. С этой функцией мы подробно разберемся. Она тоже отвечает за то, как ведет себя вольфрам в работе.
Для сварки алюминия есть смысл применять газовую линзу. Газовая линза — это цангодержатель, который имеет в себе конструкцию в виде вставленной сеточки внутри, через которую проходит газ. Этот газ создает более спокойный ламинарный поток и тем самым создает более лучшую защиту для вольфрамового электрода и сварочной ванны. Также под эту газовую линзу существуют специальные сопла, диаметр сопел тоже может быть разный. Конкретно для алюминия, чем больше диаметр сопла, тем лучше будет защита. У меня диаметр сопла совсем небольшой, всего миллиметров 8, но для моей задачи будет достаточно.
Вылет вольфрамового электрода при сварке необходимо делать примерно 4-5 мм. Если будет больше, то вольфрам будет сильно греться на переменном токе и будет разрушаться.
Смотрите данную статью в видео-ролике:
TIG сварка алюминия переменным током
Были прoведены экспeрименты для oпределения влияния увeличенной положительной полярности тока нa oчищенный кaтод, мощность дуги, напряжение нa дуге и гeометрию нaплавленного вaлика при TIG сварке алюминия нa переменных токах пpи пoстоянном и рaвном врeмени отрицательной и положительной полярности.
TIG сварка алюминия
Для любoго исследуемoго знaчения положительного тока, тoк пpи oтрицательном пoлупериоде был устанoвлен тaк, чтo егo среднеквадратичное значение oставалось постоянным. Что кaсается геометрии наплавленного валика, тo результаты oтличаются oт приведeнных в литeратуре, в котoрой предполагают, чтo ток пpи положительной полярности нe играeт большoй рoли пpи плавлении алюминия, a тoлько oказывает влияниe на перeмещение оксидов. Несмотря на снижение значений отрицательного тока, увеличение тока положительного происходит при плавлении основания. Положительный ток был создан для меньшего влияния на катодную очистку, чем время положительной полярности.
Алюминий – цветной металл с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его во многих отраслях промышленности, например морской и авиационной. Он имеет плотность 2,7 г/см 3 (меньше среднего значения плотности стали (7,83 г/см 3 )), и он часто применяется там, где очень важен низкий вес конструкции. Несмотря на то, что технически чистый алюминий и большинство его сплавов имеют пониженные механическую прочность и твердость, некоторые сплавы могут предложить улучшенные характеристики для особого применения и, как со сталью, они могут обрабатываться для улучшения механических свойств. Другим важным аспектом характеристик данного материала является его коррозионная стойкость, гарантированная микроскопическим слоем оксида алюминия, который формируется на поверхности и который при разрушении быстро перемещается в многочисленные места. С другой стороны, слой подобного защитного оксида представляет главную трудность при дуговой сварке алюминия и его сплавов, потому что он имеет очень высокую температуру плавления (около 2,060°С), тогда как температура плавления металла ниже (около 660°С). В дополнение к высокой теплопроводности алюминия данный фактор предотвращает характерное плавление оксидного слоя, несмотря на то, что температуры сварки выше. В результате расплавленный алюминий или алюминиевый сплав под остающимся оксидным слоем не может быть сварен с помощью TIG при изменяющейся полярности вольфрамовым электродом с отрицательным полюсом (DCEN).
Поверхность оксидов на алюминиевых сплавах может перемещаться при помощи прямого тока и вольфрамового электрода, подсоединенного к положительному полюсу (DCEP) (Механизм перемещения оксида широко известен как катодная очистка.) Однако данный метод не широко используется из-за нестабильности дуги и износа вольфрамового электрода. Поэтому используется промежуточное условие, то есть использование переменного тока (АС), посредством чего происходит катодная очистка при положительном полупериоде AC сварочной волны.
При сварке АС в механизме эмиссии электрона имеется изменение при такой же частоте, при которой происходит смена полярности. При отрицательной полярности (EN) катод достигает достаточно высокой температуры для выхода электрона. Это происходит только для электродов, состоящих из материалов с высокой точкой кипения (выше 4,000 К), таких как вольфрам. При фазе, в которой катодом является заготовка (EP), эмиссия электронов не может происходить из-за термионного воздействия, по причине его низкой температуры плавления, а происходит эмиссия под действием электрического поля в микроскопической зоне поверхности катода (автоэлектронная эмиссия). Катодная точка, где происходит эмиссия, первоначально была расположена на наконечнике электрода, а сейчас перемещается на края ванны расплавленного металла, пытаясь найти точки выхода электронов (Рисунок 1). Катодная точка занимает намного меньше места при положительном полупериоде (А1). Таким образом, для получения тока, плотность энергии, содержащейся в А2, намного больше, чем в А1, в результате расплавления (испарения) оксидного слоя.
Рисунок 1. Зона воздействия плазменной дуги на поверхность заготовки при отрицательной полярности (А1) и передвигающаяся зона действия плазменной дуги на поверхность заготовки при отрицательной полярности (А2)
Рисунок 2. TIG сварка алюминия с электромагнитным источником питания: колебания тока и напряжения при AC
На Рисунке 2 показаны осциллограммы действующих тока и напряжения, полученные при TIG сварке алюминия на переменном токе, при использовании электромагнитного источника питания, без уравновешивания сигналов тока. Когда заготовка становится катодом, то напряжение в фазе выше при промежуточном состоянии, после того, как только прекращается термионная эмиссия, но расширенная область эмиссии остается. Когда катодом является вольфрамовый электрод, напряжение имеет пониженное среднее значение. Из-за значительных трудностей выделения электронов из холодного катода, ток в положительном полупериоде намного ниже, даже при повышенном напряжении, что также объясняет задержку зажигания дуги при переходе полярности с отрицательной на положительную, Рисунок 2. Влияние повышенного тока названо по Европейским Нормам выпрямлением дуги. Для транзисторных источников питания (в частности, которые используются здесь) при управлении тока в сигнал прямоугольной формы нет влияния тока (замечено только влияние на напряжение). Поэтому переход с одной полярности на другую происходит очень быстро, таким образом, способствуя избегать трудности, возникающие при повторном зажигании дуги.
Scotti (Скотти) провел эксперименты для определения влияния I(+), I(-) и t(-) (положительная сила тока, отрицательная сила тока и отрицательная полярность времени в соответствующем порядке) на некоторые аспекты, относящиеся к TIG-сварке алюминия на переменном токе, включая глубину провара, площадь проплавления и катодную очистку. Результаты опытов показали, что положительная сила тока не влияет на какие-либо приведенные аспекты. Изучение в большей степени было сконцентрировано на влиянии t(-) на площадь проплавления, в то время как влияние t(+) было неизменным при всех опытах, но только с одним исключением. В случае исключения t(+) возрастало, пока t(-) было неизменно, и, в результате, были улучшены геометрические параметры сварного шва (обеспечены ширина и высота шва). Несмотря на неожиданный результат для исследования данного феномена, дополнительные опыты не проводились.
Целью изучения, описанного в данной статье, является определение влияния имеющейся силы тока при положительном полупериоде на характеристику площади расплавления (глубину провара и площадь расплавления), площадь катодной очистки и поведение мощности и напряжения дуги при TIG-сварке алюминия на переменных токах.
2. TIG сварка алюминия переменным током : последовательность операций
Механизированные швы каплями металла были осуществлены с помощью сварочного процесса TIG при переменном токе для того, чтобы определить поведение расплавленного алюминия при увеличении сварочного тока при положительном полупериоде. В таблице показано испытание параметров, где I(+) и I(-) являются силой тока при положительных и отрицательных полупериодах соответственно.
Положительный ток I(+) был установлен, а отрицательный ток (IRMS) был рассчитан с помощью Уравнения (1) для того, чтобы задать значение тока RMS 100 А с прямоугольной формой сигнала. Во всех испытаниях была установлена продолжительность положительных и отрицательных полуциклов 10 мс. Данный результат при переменной частоте 50Гц, которая имеется в диапазоне, где возможны задержки повторного зажигания дуги, не оказывает влияния на сварочные свойства. В данной работе, автор наблюдал за задержками повторного зажигания даже в электронных источниках питания и рассчитывал их, для повышенных частот (в порядке кГц) качество швов может быть немного снижено. Было исследовано три сварных шва, для каждого в Таблице 1 приведены комбинации параметров, и было выполнено три испытания.
Использовался источник питания «Inversal 450» производства IMC, который позволяет регулировать сварочные параметры на панели управления. Устройство перемещения горелки позволяет придерживаться скорости сварки 3,33 мм/с (20см/мин). Длина сварного шва была около 200,0 мм.
Для тестов применялись электроды EWTh-2 с диаметром 3,2 мм, углом при вершине 45° и расстоянием между электродом и горелкой 3,0 мм. Перед каждым швом вольфрамовый электрод подлежал заточке или смене. Угол между осью электрода и поверхностью заготовки был установлен 90°. В защитных газах применялся технически чистый аргон с расходом около 7л/мин.
Разрезаемыми образцами были одиночные пластины из алюминиевого сплава 1200 с размерами 240х100х3 мм. Их очистка производилась удалением жира с поверхности спиртовым раствором. После проведения испытаний сварные швы были поперечно разрезаны на середине их длины для того, чтоб подготовить образцы к анализу. Зона сплавления была выявлена 5% фтористой кислотой, используемой в качестве реагента.
Применялась переносная система сбора данных SAP для наблюдения за сигналами напряжения и тока. Уравнение (2) реализовано в программном обеспечении SAP для расчета средней мощности (P) дуги. Продолжительность каждого сбора данных была 2 секунды при частоте выборки 5 кГц. 
(2) где:
Vi — напряжение при мгновенном I;
Ii – ток при мгновенном I;
n – количество точек, выполняемых системой.
Для того, чтобы минимизировать влияние высокой электропроводности алюминия на сварные швы, горелка удерживалась в том же положении, после зажигания дуги за период времени, достаточный для формирования ванны расплавленного металла. Следовательно, сохранялась стандартная ширина на всем протяжении сварного шва.
3. Результаты и обсуждение
3.1 Влияние I(+) на катодную очистку
На Рисунке 3 показаны сварочные швы в соответствии с одним из установленных тестов. Несмотря на то, что ширина шва постепенно возрастает пропорционально увеличению мощности положительного тока, это не оказывает значительного влияния на площадь очистки в отличие от предварительных результатов, где небольшое положительное отклонение влечет за собой уменьшение очищаемых участков.
Особое поведение было описано Barhorst (Бархорстом), большое влияние положительного тока на катодную очистку возможно из-за различий в последовательности операций.
3.2 Влияние I(+) на напряжение и мощность дуги
На рисунке 4 показано поведение напряжения RMS и средней мощности (P) в качестве функции положительного тока. На графиках (Рис. 4) представлено снижение значений напряжения RMS при положительных значениях тока в диапазоне от 35 до 80. Однако тенденции к очистке на схеме «положительный ток х средняя мощность» не наблюдалось на Рис. 4б.
Был проведен анализ колебания напряжения и тока для объяснения поведения напряжения RMS и средней мощности. Некоторые из них показаны на Рисунке 5. Они выделяют снижение средних значений напряжения при отрицательном полупериоде тока и увеличение тока, несмотря на малые величины, при положительном полупериоде. Следовательно, не происходит компенсации между различиями, которые наблюдаются при двух средних значениях напряжения, как следствие, напряжение RMS снижается при увеличении положительного тока I(+).
Снижение среднего значения напряжения при отрицательном полупериоде свидетельствует о том, что электроны эмитируются намного легче, чем при росте положительного тока I(+).Причиной этого может быть значительное нагревание вольфрамового электрода при положительном полупериоде. Таким образом, электрод расположен к термоэлектронной эмиссии при смене полярности. Другим фактором, содействующим этому, является возможность значительного нагрева плазмы, что способствует улучшению электропроводности и позволяет электронам проходить через нее при пониженном напряжении. Также, необходимо заметить, что отрицательный сварочный ток был всегда пониженным для того, чтобы установить значение тока RMS 100А, согласно принятой методики, что, в свою очередь, должно улучшить результат.
Рисунок 5. Колебания напряжения и тока в соответствии с Серией 2 (пунктирной линией показано средние значения напряжения для обеих полярностей)
Рисунок 6. Поведение средней мощности при положительных и отрицательных полупериодах
Средняя мощность быларассчитана отдельно для положительного полупериода, Мощность (+), и отрицательного полупериода, Мощность (-). Графики на Рис. 6 были начерчены с рассчитанными значениями для трех серий проведенных испытаний. Снижение в контуре отрицательного среднего значения мощности происходит из-за снижения как тока, так и напряжения при отрицательном полупериоде.
Как отмечено выше, положительное среднее значение напряжения показало незначительные изменения положительной силы тока. Однако усиленное увеличение в контуре положительной средней мощности происходит в основном из-за увеличения значения тока при проведении испытаний. На Рис.6 объясняется поведение средней мощности, показанной на Рис. 4б где, за исключением положительного тока 80А, все средние значения сохраняются в примерно родном диапазоне, без тенденции увеличения или снижения.
Рисунок 7. Поперечное сечение в соответствии с Сериями 1, 2 и 3: скорость сварки 3,33 мм/с (20,0 см/мин), время положительной и отрицательной полярности установлено 10мс
3.3 Влияние I(+) на зону плавления
Поперечное сечение на Рис.7 показывает, что сила тока при положительном полупериоде влияет на профиль шва в некоторой степени, который отличается от обычного представления процесса сварки TIG. Характеристика увеличения высоты шва (мм) и зоны расплавления (мм2) показаны на графиках на Рис. 8а и 8б.
Значительное влияние положительной полярности на расплавление заготовки объясняется двумя отдельными механизмами эмиссии. В положительной фазе цикла тока, увеличение напряжения на поверхности катода (падение катодного напряжения), необходимое для выделения электронов с холодного катода (автоэлектронная эмиссия), вводит значительную энергию на катоде, таким образом, содействуя значительному расплавлению основного металла.
Кроме того, Fuerschbach ссылается на Cobine, которые полагают, что во время электронной эмиссии с катода происходят потери тепла при выделении каждого электрона. Уравнение (3) рассчитывает тепло, образованное на катоде, как функция электронной эмиссии путем термоэлектронного механизма. Отрицательная фаза во второй части уравнения – продукт плотности электронного тока (je), умноженная на работу выхода на катоде (Ø), имеющую отношение к потерям, вызванным эмиссией каждого электрона. Однако такие потери применяются только для материалов, которые позволяют выделяться электронам под термоэлектронном влиянии, для таких как вольфрам. Это не является случаем, когда поверхность заготовок сделана из алюминия, из-за его низкой температуры плавления. В данном случае, поверхность выпускает электроны при помощи автоэлектронной эмиссии. Таким образом, такие потери тепла («охлаждение катода») не происходят, когда алюминиевая поверхность выпускает электроны при положительном полупериоде. Результаты показывают, что положительный ток играет роль в случае автоэлектронной эмиссии и влияет на размеры зоны расплавления.
где:
Hc = теплота, вводимая на катод
Ji = локальная плотность тока
Vc= падение напряжения на катоде
Vp = потенциал ионизации плазмы
— Увеличение силы тока при положительных полупериодах влияет на геометрию сварного шва. Даже при уменьшении отрицательного тока, увеличились высота шва и зона расплавления.
— Изменения положительной силы тока не оказывает значительного влияния на очищенную зону
— Средние значения напряжения при отрицательных полупериодах снизились, когда применялся более высокий положительный ток. Это характеризовало возможное увеличение температуры электрода и плазмы при применении повышенных положительных токов по причине того, что он в большей степени благоприятствует эмиссии и проведения электронов.