Дуга прямой полярности это

Во всех статьях и обзорах, связанных со сваркой, присутствует электрическая тема. Хоть аппараты, хоть электроды, хоть виды швов – в любом сварочном вопросе упоминается и уточняется вид тока. Где-то он постоянный, где-то переменный, а еще у него есть два варианта – прямая и обратная полярность при сварке.

Пора разобраться, что к чему, чтобы правильно выбирать материалы, аппараты, электроды и методы сварки. Знание нюансов об электричестве в сварке помогут вам быстро и правильно настроить инвертор, от чего качество сварочных швов зависит в большой степени.

Пятна анодные, пятна катодные

Конечно, можно всю жизнь проработать на своем инверторном аппарате, в котором по умолчанию постоянный ток настроен на прямую полярность: у вас нет никаких хлопот или проблем с перестройками сварочного электричества.

Эта чудесная идиллия возможна лишь при условии, что вид работ у вас один и тот же, вы не меняетесь, всех возможностей своего аппарата так и не знаете, и вообще зачем про электричество, все и так хорошо, не надо усложнять…

Не надо, так не надо, но вот если вам понадобится варить, например, качественную высоколегированную сталь, то ваша идиллия сразу же нарушится: качественного шва со старыми электрическими настройками у вас не получится. Вам придется разбираться с понятием обратной или прямой полярности при сварке, в чем мы прямо сейчас вам поможем.

Во-первых, работа на инверторном аппарате подразумевает постоянный ток. А он, в свою очередь, подразумевает два гнезда для подключения плюсовой и минусовой клемм. Давайте запоминать полярность при сварке инвертором по подключению электрода, так легче. Если электрод подключен к минусовому гнезду, то это прямая полярность при сварке. Если к плюсовому – она обратная.

В принципе при прямом варианте электрод, который подключен к отрицательной клемме, сам становится катодом. А анодом становится наша металлическая заготовка. При обратном варианте электрод начинает работать анодом, потому что он подключен к плюсовому полюсу. Ну а заготовка, соответственно, превращается в катод.

В обоих случаях образуются анодные и катодные пятна. Анодное облако – погорячее, причем значительно: разница в температурах анодной и катодной областей доходит до 800°С.

Не упустим из внимания важную деталь: если мы говорим о двух вариантах – прямом и обратном, это всегда имеет отношение только к постоянному току. Дело в том, что при переменном токе полярность сама меняется с прямой на обратную с высокой частотой.

Еще раз: переключение прямой и обратной полярностей имеет смысл и возможно только при постоянном токе, это сварка постоянным током. При переменном токе в таком переключении нет ни смысла, ни возможности. Друзья, это физика.

Прямая полярность

Итак, электрод подключен к минусу, металлическая заготовка – к плюсу. Это классическая полярность при сварке инвертором. На стороне плюса распространяет свое тепло чудесное анодное облако.

Прямое подключение постоянного тока имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать в обязательном порядке:

при прямом подключении получается стабильная и ровная дуга со всеми вытекающими последствиями в виде швов высокого качества;
сварочный шов отличается узостью и глубиной;
ни в коем случае не применяется, если на электродах указано, что они предназначены для технологии переменного тока;
с некоторыми металлами при работе в инертных газах повышается коэффициент наплавки;
состав металла в шве при прямой полярности имеет особенности: в нем практически нет углерода, зато присутствуют кремний и марганец;
довольно высокая степень разбрызгивания металла;
быстрая плавка расходника с его частой заменой.

Обратная полярность

Мы помним, что при обратной полярности при сварке постоянным током плюсовое анодное теплое пятно находится на электроде, Таким образом мы исключаем дополнительный нагрев металла, к которому подведена минусовая клемма. Основным видом сварки при обратном подключении является электродуговая с флюсом и метод в среде защитных газов, в частности – в аргоне.

Главными металлами «потребителями» обратного подключения являются высоколегированные стали и тонкие заготовки из любого металла: здесь имеет значение тонкость края, которую легко прожечь при малейшем перегреве. Так что работы при обратном подключении можно назвать вполне себе деликатными. А там, где деликатность, там особенности исполнения и профессиональные советы.

Вот какие технологические особенности использования обратной полярности нужно принять во внимание:

шов при обратном подключении шире и меньшей глубины, чем при прямой;
великолепно справляется с соединением тонких и средней толщины кромок металлических заготовок;
сварочная дуга не такая стабильная, как при прямой полярности, если напряжение низкой силы, дуга начинает скакать и прерываться;
если вы варите высоколегированную сталь, то кроме обратного подключения нужно соблюдать дополнительные требования по рабочему циклу и температурному режиму остывания стальных заготовок;
ни в коем случае не варить с электродами, чувствительными к перегреву;
дополнительное снижение температуры на заготовке можно через снижение потенциала напряжения;
то, что дуга не очень стабильна, можно использовать во благо: очень тонкие края лучше варить прерывистым швов – прерывая дугу;
если в сварке на постоянном токе обратной полярности вы делаете шов встык, зазор между поверхностями должен быть минимальным, если же шов внахлест, поверхности приживать друг к другу герметично. Иначе вы получите прожог;
отбортовка краев свариваемых поверхностей отлично поможет для снижения риска прожога.

Как выбрать правильную полярность

Но если вы работаете с разными металлами и металлическими заготовками разной толщины, вам придется самостоятельно настраивать параметры сварочного тока и, в частности, полярность. Это нетрудно, поехали.

Все дело в перемещении теплого анодного пятна, то есть концентрации нагрева. При прямой полярности плюс идет на металлическую заготовку, как раз она и разогревается. Именно от данного фактора зависит выбор варианта подключения при работе с разными заготовками из разных металлов. Все логично и просто, вот критерии решений по поводу подключения постоянного сварочного тока:

Толщина края металлической заготовки

Толстые края поверхностей? Конечно же сварка током прямой полярности! Дополнительная концентрация тепла в местах плавки в толстых деталях будет способствовать глубокой проверке и, следовательно, получению качественного прочного шва. Если же края свариваемых поверхностей тонкие, то рассуждать, а затем действовать нужно совсем наоборот.

Тонкие края важно не перегреть, чтобы не допустить прожога. Так что отправляем теплое анодное пятно от греха подальше на другую сторону – к электроду. Так что тонкие детали варим при обратном подключении.

Вид металла

Здесь нам поможет перемещение теплового анодного пятна: каким металлам оно не повредит, а, наоборот, поможет? Правильнее всего будет внимательно читать инструкции по электрической настройке сварочного аппарат, которые сопровождают любой современный сплав.

Но уже сейчас можно запомнить факт, что алюминий вместе со сплавами тепло только приветствуют, оно помогает снизить количество образующихся окислов во время процесса. Так что сварка алюминия постоянным током проводится только при прямом подключении. Официально это будет называться сваркой алюминия постоянным током в среде аргона.

Цветные металлы, как алюминий, варятся неплавящимися вольфрамовыми электродами только при прямом подключении без каких-либо исключений.

Вид электрода

Вы ведь знаете, что современные электроды подразделяются по огромному количеству критериев, они производятся в невероятном разнообразии. Электрические параметры также входит в описание каждого вида электрода. Читать инструкции самым внимательным образом еще никому не помешало.

Но здесь мы вполне можем рассуждать логически, чтобы выбирать правильную полярность для каждого вида электрода. Выбор зависит от того же – теплого анодного пятна, то есть температурного режима. А такие режимы у электродов зависят от типа флюса и многих других факторов.

Невозможно дать короткие рекомендации по полярности тока для разных сварочных расходников – слишком их много. Единственный дельный совет в данном случае – читать инструкции и не пренебрегать ими.

А что делать, если в инструкции к металлу или сплаву требуется одни электрические параметры, а у выбранного электрода требуются совсем другие настройки сварочного тока? Такое бывает, ответ в этом случае только один: пробуйте и ищите оптимальный вариант опытным путем.

Силу тока, рабочие циклы, подключение к полюсам – все придется настраивать вручную. Но ведь голова нам дана, чтобы думать, верно?

Сварку металлов постоянным током можно проводить двумя режимами: с прямой полярностью и обратной. Прямая полярность при сварке – это когда к электроду подключается минус, к металлической заготовке плюс. При сварке током обратной полярности все наоборот, то есть, к стержню подключается плюс, к изделию минус.

Зачем все это нужно

При сварке постоянным током на кончике электрода образуется термическое пятно, которое обладает высокой температурой. В зависимости от того, какой полюс подключен к электроду, будет зависеть и температура на его кончике, а соответственно будет зависеть режим сварочного процесса. К примеру, если подключен к расходнику плюс, то на его конце образуется анодное пятно, температура которого равна 3900С. Если минус, то получается катодное пятно с температурой 3200С. Разница существенная.

При сварке током прямой полярности основная температурная нагрузка ложится на металлическую заготовку. То есть, она разогревается сильнее, что позволяет углубить корень сварочного шва.
При сварке током обратной полярности концентрация температуры происходит на кончике электрода. То есть, основной металл при этом нагревается меньше. Поэтому этот режим в основном используют при соединении заготовок с небольшой толщиной.

Необходимо добавить, что режим обратной полярности применяют также при стыковке высокоуглеродистых и легированных сталей, нержавейки. То есть, тех видов металлов, которые чувствительны к перегреву.

Внимание! Так как на анодном и катодном пятне температура разная, то от правильного подключения сварочного аппарата будет зависеть расход самого электрода. То есть, обратная полярность при сварке инвертором – это перерасход электродов.

В процессе сварки постоянным током необходимо добиться того, чтобы металл заготовок прогрелся хорошо, практически до состояния расплавленного. То есть, должна образоваться сварочная ванна. Именно прямая и обратная полярность режима сваривания влияет на качественное состояние ванны.

Если сила тока будут большой, а значит, и температура нагрева также будет высокой, то металл разогреется до такого состояния, что электрическая дуга будут просто его отталкивать. Ни о каком соединении здесь уже говорить не придется.
Если ток будут, наоборот, слишком мал, то металл не разогреется до необходимого состояния. И это тоже минус.

При прямой полярности внутри ванны будет создана среда, которой легко руководить электродом. Она растекается, поэтому одно движение стержня создает направленность сварного шва. При этом легко контролируется глубина сваривания.

Кстати, скорость движения электрода напрямую влияет на качество конечного результата. Чем скорость выше, тем меньше тепла поступает в зону сварки, тем меньше прогревается основной металл заготовок. Уменьшая скорость, увеличивается температура внутри сварочной ванны. То есть, металл хорошо прогревается. Поэтому опытные сварщики выставляют на инверторе ток больше необходимого. А вот качество сварного шва контролируют именно скоростью перемещения электрода.

Что касается самих электродов, то выбор полярности обусловлен материалом, из которого он изготовлен, или видом обмазки. К примеру, использование обратной полярности при сварке постоянным током, в которой применяется угольный электрод, приводит к быстрому расходу сварных стержней. Потому что при высоких температурах угольный электрод начинает разрушаться. Поэтому этот вид используется только при режиме прямой полярности. Чистый металлический стержень без покрытия, наоборот, хорошо заполняет сварочный шов при обратной полярности.

Глубина и ширина сварочного шва также зависит от используемого режима. Чем выше ток, тем происходит увеличение провара. То есть, увеличивается глубина сварного шва. Все дело в погонной энергии на дуге. По сути, это количество тепловой энергии, проходящей через единицу длины сварочного шва. Но увеличивать ток до бесконечности нельзя, даже в независимости от толщины свариваемых металлических заготовок. Потому что тепловая энергия создает давление на расплавленный металл, что вызывает его вытеснение. Конечный результат такой электросварки при повышенном токе – прожог сварочной ванны. Если говорить о влиянии прямой и обратной полярности при сварке инвертором, то большую глубину проплавки может обеспечить режим обратной полярности.

Некоторые особенности сваривания при прямой полярности

Что такое прямая полярность определено. Указаны некоторые качества сварных швов при проведении процесса соединения в режиме прямой полярности. Но остались некоторые тонкие моменты.

В сварочную ванну металл от электродов или присадочных материалов переносится большими каплями. Это, во-первых, большой разбрызг металла. Во-вторых, увеличение коэффициента проплавления.
При таком режиме электрическая дуга нестабильна.
С одной стороны снижение глубины провара, с противоположной снижение внедрения углерода в массу металла заготовки.
Правильный нагрев металла.
Меньший нагрев стержня электрода или присадочной проволоки, что позволяет сварщику использовать токи с более высоким значением.
При некоторых сварочных материалах наблюдается увеличение коэффициента наплавки. К примеру, при использовании плавящихся электродов в инертных и некоторых активных газах. Или при применении присадочных материалов, которые наносятся под флюсами некоторых типов, например, марки ОСЦ-45.
Кстати, прямая полярность влияет и на состав материала, оказавшегося в шве между двумя металлическими заготовками. Обычно в металле практически отсутствует углерод, но зато в большом количестве присутствует кремний и марганец.

Особенности сварки током обратной полярности

Сваривание тонких заготовок – процесс с повышенной трудностью, потому что постоянно присутствует опасность появления прожогов. Поэтому их соединяют режимом обратной полярности. Но есть и другие методы, чтобы снизить опасность.

Снизить потенциал тока, чтобы уменьшить температуру на заготовке.
Сварку лучше проводить прерывистым швом. К примеру, сделать небольшой участок в начале, затем переместиться в центр, после начать стыковку с противоположной стороны, далее начать варить промежуточные участки. В общем, схему можно менять. Таким способом можно избежать коробления металла, особенно если длина стыка больше 20 см. Чем больше сваренных отрезков, чем короче каждый участок, тем меньше процент коробления металла.
Очень тонкие металлические заготовки сваривают с периодическим прерыванием электрической дуги. То есть, электрод выдергивается из зоны сварки, затем тут же быстро снова поджигается, и процесс продолжается.
Если проводится сварка внахлест, то две заготовки должны быть герметично прижиматься друг к другу. Небольшой воздушный зазор приводит к прожогу верхней детали. Для создания плотного прилегания нужно использовать струбцины или любой груз.
При стыковочном соединении заготовок лучше минимизировать зазор межу деталями, а идеально, чтобы зазора не было бы вообще.
Для сварки очень тонких заготовок с неровными кромками под стык необходимо уложить материал, который бы хорошо забирал на себя тепло процесса. Обычно для этого используют медную пластину. Можно и стальную. В данном случае, чем больше толщина вспомогательного слоя, тем лучше.
Можно провести отбортовку кромок свариваемых изделий. Угол отбортовки — 180°.

Специалисты же рекомендуют, перед тем как начать сварку тонких заготовок обратной полярностью, лучше немного потренироваться на дефектном листе металла. Лучше потратите время на тренировку, чем латать дыры от прожога.

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.