Na czym polega… spawanie aluminium prądem przemiennym (AC)?

Wiadomo powszechnie, że skrót AC/DC nie oznacza tylko nazwy zespołu hardrockowego, ale też prąd przemienny (AC) i stały (DC). Ale czym dokładnie jest spawanie prądem przemiennym? Co ma ono wspólnego z aluminium? Czym w związku z tym są półfale? I co to jest „kalota”?

Spawanie prądem przemiennym

Do spawania TIG aluminium zawsze stosuje się prąd przemienny. Dlaczego?

Spawanie aluminium jest szczególnie trudne. Przyczyną jest fakt, że materiał otacza warstwa utleniona. Topi się ona dopiero w temperaturze około 2015 stopni Celsjusza, a samo aluminium, w zależności od stopu, już przy około 650 stopniach Celsjusza. Dlatego aluminium odpłynęłoby, gdyby roztapiać warstwę utlenioną tradycyjnymi metodami — zespawanie byłoby niemożliwe. Konieczne jest zniszczenie lub wyparcie warstwy utlenionej.

Podczas spawania prądem przemiennym (AC) następuje zmiana polaryzacji elektrody zawsze z dodatniej na ujemną. Gdy elektroda jest spolaryzowana dodatnio, ujemnie spolaryzowane elektrony przepływają z elementu spawanego na elektrodę i w ten sposób rozrywają warstwę utlenioną. Potem polaryzacja elektrody zmienia się na ujemną i elektrony przepływające do elementu spawanego wytwarzają ciepło — tak powstaje wtopienie konieczne dla spoiny.

MagicWave  firmy Fronius może spawać prądem przemiennym i dlatego najlepiej nadaje się do zastosowań z aluminium.

Kształty krzywej

W celu wytworzenia prądu przemiennego, źródła spawalnicze zdolne do pracy z prądem przemiennym mają zainstalowany falownik. Wiele systemów spawania oferuje różne możliwości regulacji sposobu zachowania prądu zmieniającego polaryzację z dodatniej na ujemną i odwrotnie. Użytkownik wybiera spośród różnych kształtów krzywej półfali.

Prąd może na przykład przepływać ze stałym natężeniem najpierw do obszaru dodatniego, a potem ujemnego, przez co powstaje prostokąt twardy. Przy takim ustawieniu łuk spawalniczy jest nadzwyczaj stabilny. Jednak bardzo duży hałas podczas pracy jest nieprzyjemny dla spawacza — konieczne jest nawet stosowanie ochronników słuchu. Możliwe są także miękkie, sinusoidalne kształty fali. Łuk spawalniczy jest wówczas niestabilny, ale odgłos spawania przyjemnie cichy. Do większości przypadków spawania aluminium stosuje się połączenie najlepszych cech obu metod — prostokąt z zaokrąglonymi rogami do półfali ujemnej i krzywą sinusoidalną do półfali dodatniej.

System spawania MagicWave 230i  firmy Fronius oferuje dodatkowo także kształt trójkątny, zapewniający stabilny łuk spawalniczy o wysokim ciśnieniu i najróżniejsze połączenia wszystkich kształtów krzywych. Dzięki temu spawacz może wybrać ustawienie odpowiednie do danego zastosowania.

W przypadku sinusoidy odgłos spawania jest cichy, z kolei dla prostokąta twardego łuk spawalniczy jest bardzo stabilny. Prostokąt miękki łączy obie te zalety: trójkątny kształt zapewnia uzyskanie wysokiego ciśnienia łuku spawalniczego.

Kalota

Koniec elektrody wolframowej jest fabrycznie tępy. Bezpośrednio przed użyciem elektrodę zaostrza się z zastosowaniem prądu stałego. W celu uzyskania stabilnego łuku spawalniczego podczas spawania prądem przemiennym, koniec elektrody wolframowej musi być półokrągły, aby można było dobrze kontrolować łuk spawalniczy. Taki zaokrąglony koniec nazywa się „kalotą”.

Dawniej spawacz musiał przez minutę spawać na elemencie miedziowym, aby uzyskać kalotę. Wysoka temperatura powoduje stopienie elektrody wolframowej. Wskutek tego na końcu elektrody powstaje kropla — lub półokrągła kalota. Nowoczesne systemy spawania są wyposażone funkcję automatycznego tworzenia kaloty: w zależności od średnicy elektrody wolframowej, przez określony czas przez elektrodę płynie prąd o określonym natężeniu, powodujący powstanie na końcu elektrody zaokrąglonej kaloty.

Firma Fronius rozwinęła funkcję automatycznego powstawania kaloty: MagicWave 230i używa prądu pulsującego: powoduje on wprawienie w ruch płynnego metalu, przez co kalota tworzy się jeszcze łatwiej i łagodniej dla elektrody.

Więcej informacji na temat spawania TIG znajdziesz w pierwszej części serii na tym blogu: Czym właściwie jest … spawanie TIG?