Jakie są różnice między TIG (DC) a TIG (AC)?

Spawanie metodą TIG (DC) prądem stałym ma miejsce, gdy prąd płynie tylko w jednym kierunku.W porównaniu ze spawaniem TIG AC (prądem przemiennym) prąd raz płynący nie spadnie do zera, dopóki spawanie nie zostanie zakończone.Ogólnie rzecz biorąc, inwertery TIG będą mogły spawać prądem stałym lub prądem przemiennym/stałym, przy czym bardzo niewiele urządzeń jest wyposażonych tylko w prąd przemienny.

​

DC jest używany do spawania TIG stali miękkiej/nierdzewnej, a AC jest używany do spawania aluminium.

Biegunowość

W procesie spawania TIG dostępne są trzy opcje prądu spawania w zależności od rodzaju połączenia.Każda metoda połączenia ma zarówno zalety, jak i wady.

Prąd stały – elektroda ujemna (DCEN)

Ta metoda spawania może być stosowana do szerokiej gamy materiałów.Palnik spawalniczy TIG jest podłączony do ujemnego wyjścia falownika spawalniczego, a przewód powrotny do dodatniego wyjścia.

​

Po utworzeniu łuku prąd płynie w obwodzie, a rozkład ciepła w łuku wynosi około 33% po ujemnej stronie łuku (palnik spawalniczy) i 67% po dodatniej stronie łuku (przedmiot obrabiany).

​

Ta równowaga zapewnia głębokie wnikanie łuku w obrabiany przedmiot i zmniejsza ciepło w elektrodzie.

​

To zmniejszone ciepło w elektrodzie pozwala na przenoszenie większego prądu przez mniejsze elektrody w porównaniu z innymi połączeniami biegunowymi.Ten sposób łączenia jest często określany jako biegunowość prosta i jest najczęściej używanym połączeniem podczas spawania prądem stałym.

Prąd stały – elektroda dodatnia (DCEP)

Podczas spawania w tym trybie palnik spawalniczy TIG jest podłączony do dodatniego wyjścia falownika spawalniczego, a przewód powrotny do ujemnego wyjścia.

Po utworzeniu łuku prąd płynie w obwodzie, a rozkład ciepła w łuku wynosi około 33% po ujemnej stronie łuku (przedmiot obrabiany) i 67% po dodatniej stronie łuku (palnik spawalniczy).

​

Oznacza to, że elektroda jest narażona na najwyższe poziomy ciepła i dlatego musi być znacznie większa niż w trybie DCEN, nawet gdy prąd jest stosunkowo niski, aby zapobiec przegrzaniu lub stopieniu elektrody.Obrabiany przedmiot jest poddawany niższemu poziomowi ciepła, dzięki czemu penetracja spoiny będzie płytka.

 

Ten sposób połączenia jest często określany jako odwrócona polaryzacja.

Ponadto w tym trybie działanie sił magnetycznych może prowadzić do niestabilności i zjawiska znanego jako przebicie łuku, w którym łuk może wędrować między spawanymi materiałami.Może się to również zdarzyć w trybie DCEN, ale jest bardziej powszechne w trybie DCEP.

​

Można zadać sobie pytanie, do czego służy ten tryb podczas spawania.Powodem jest to, że niektóre materiały nieżelazne, takie jak aluminium, w normalnym kontakcie z atmosferą tworzą na powierzchni tlenek. Ten tlenek powstaje w wyniku reakcji tlenu w powietrzu i materiału podobnego do rdzy na stali.Jednak tlenek ten jest bardzo twardy i ma wyższą temperaturę topnienia niż rzeczywisty materiał bazowy i dlatego należy go usunąć przed przystąpieniem do spawania.

​

Tlenek można usunąć przez szlifowanie, szczotkowanie lub czyszczenie chemiczne, ale gdy tylko proces czyszczenia ustanie, tlenek zaczyna się ponownie tworzyć.Dlatego idealnie byłoby go czyścić podczas spawania.Ten efekt ma miejsce, gdy prąd płynie w trybie DCEP, gdy przepływ elektronów załamie się i usunie tlenek.Można zatem założyć, że DCEP byłby idealnym trybem do spawania tych materiałów z tego typu powłoką tlenkową.Niestety ze względu na wystawienie elektrody na wysokie poziomy ciepła w tym trybie rozmiar elektrod musiałby być duży, a penetracja łuku byłaby niska.

​

Rozwiązaniem dla tego typu materiałów byłby łuk głęboko penetrujący trybu DCEN oraz czyszczenie trybu DCEP.Aby uzyskać te korzyści, używany jest tryb spawania AC.

Spawanie prądem przemiennym (AC)

Podczas spawania w trybie AC prąd dostarczany przez falownik spawalniczy działa z elementami dodatnimi i ujemnymi lub z półcyklami.Oznacza to, że prąd płynie w jedną stronę, a potem w drugą w różnym czasie, dlatego używa się terminu prąd przemienny.Połączenie jednego elementu pozytywnego i jednego elementu negatywnego nazywa się jednym cyklem.

​

Liczba ukończeń cyklu w ciągu jednej sekundy jest określana jako częstotliwość.W Wielkiej Brytanii częstotliwość prądu zmiennego dostarczanego przez sieć wynosi 50 cykli na sekundę i jest oznaczana jako 50 Hertz (Hz)

​

Oznaczałoby to, że prąd zmienia się 100 razy na sekundę.Liczba cykli na sekundę (częstotliwość) w standardowej maszynie jest podyktowana częstotliwością sieci, która w Wielkiej Brytanii wynosi 50 Hz.

​

​

​

​

Warto zauważyć, że wraz ze wzrostem częstotliwości efekty magnetyczne zwiększają się, a elementy takie jak transformatory stają się coraz bardziej wydajne.Również zwiększenie częstotliwości prądu spawania usztywnia łuk, poprawia stabilność łuku i prowadzi do bardziej kontrolowanych warunków spawania.
Jest to jednak teoretyczne, ponieważ podczas spawania w trybie TIG występują inne wpływy na łuk.

Na sinusoidę prądu przemiennego może wpływać powłoka tlenkowa niektórych materiałów, która działa jak prostownik ograniczający przepływ elektronów.Jest to znane jako prostowanie łuku, a jego efekt powoduje odcięcie lub zniekształcenie dodatniego półcyklu.Skutkiem dla strefy spawania są nieregularne warunki łuku, brak działania czyszczącego i możliwe uszkodzenia wolframu.

Prostowanie łuku dodatniego półcyklu

Przebiegi prądu przemiennego (AC)

Fala sinusoidalna

Fala sinusoidalna składa się z dodatniego elementu narastającego do maksimum od zera, zanim spadnie z powrotem do zera (często określane jako wzgórze).

Gdy przepływa przez zero, a prąd zmienia kierunek w kierunku swojej maksymalnej wartości ujemnej, zanim wzrośnie do zera (często określanego jako dolina), jeden cykl jest zakończony.

​

Wiele starszych spawarek TIG było tylko maszynami typu sinusoidalnego.Wraz z rozwojem nowoczesnych inwerterów spawalniczych z coraz bardziej zaawansowaną elektroniką nastąpił rozwój sterowania i kształtowania przebiegu prądu przemiennego używanego do spawania.

Fala kwadratowa

Wraz z rozwojem inwerterów spawalniczych AC/DC TIG, które obejmowały więcej elektroniki, powstała generacja maszyn o fali prostokątnej.Dzięki tym elektronicznym kontrolkom przejście z dodatniego do ujemnego i odwrotnie może być wykonane prawie w jednej chwili, co prowadzi do bardziej efektywnego prądu w każdej połowie cyklu ze względu na dłuższy okres maksymalnie.

 

Efektywne wykorzystanie zgromadzonej energii pola magnetycznego tworzy przebiegi bardzo zbliżone do kwadratu.Sterowanie pierwszymi elektronicznymi źródłami zasilania umożliwiało sterowanie „falą kwadratową”.System umożliwiałby kontrolę dodatnich (czyszczenie) i ujemnych (penetracja) półcykli.

​

Stan równowagi byłby równy + dodatnie i ujemne półcykle, dając stabilny stan spoiny.

Problemy, które można napotkać, polegają na tym, że gdy czyszczenie nastąpi w czasie krótszym niż dodatnia połowa cyklu, część dodatniej połowy cyklu nie jest wydajna i może również zwiększyć potencjalne uszkodzenie elektrody z powodu przegrzania.Jednak ten typ maszyny miałby również kontrolę równowagi, która pozwalałaby na zmianę czasu dodatniej połowy cyklu w czasie cyklu.

 

Maksymalna penetracja

Można to osiągnąć przez umieszczenie regulatora w pozycji, która pozwoli na spędzenie większej ilości czasu w ujemnej połówce cyklu w porównaniu z dodatnią połówką cyklu.Pozwoli to na użycie większego prądu z mniejszymi elektrodami, a więcej

ciepła jest w pozytywie (praca).Wzrost ciepła powoduje również głębsze wtopienie podczas spawania z taką samą prędkością przesuwu jak w stanie wyważonym.
Mniejsza strefa wpływu ciepła i mniejsze zniekształcenia dzięki węższemu łukowi.

 

Maksymalne czyszczenie

​Można to osiągnąć, umieszczając element sterujący w pozycji, która pozwoli spędzić więcej czasu w dodatniej połowie cyklu w porównaniu z ujemną połową cyklu.Pozwoli to na zastosowanie bardzo aktywnego prądu czyszczącego.Należy zauważyć, że istnieje optymalny czas czyszczenia, po którym nie nastąpi dalsze czyszczenie, a ryzyko uszkodzenia elektrody jest większe.Wpływ na łuk ma zapewnić szersze, czyste jeziorko spawalnicze z płytkim wtopem.