Некоторые цветные металлы, например алюминий и магний, быстро образуют на поверхности оксидную пленку. Прежде чем сваривать алюминий, необходимо удалить оксидную пленку, температура плавления которой значительно выше, чем основного металла. Удаление оксидной пленки может производиться механически, например щетками или химически - травлением, но, как только пленка удалена, металл тут же снова начинает окисляться, затрудняя сварку. Оксидную пленку с поверхности металла во время сварки на обратной полярности может удалять сама дуга. Положительно заряженные ионы, которые двигались от основного металла изделия к электроду при сварке на прямой полярности, теперь двигаются от электрода к изделию. Ударяясь с достаточной силой о поверхность изделия, они дробят и расщепляют хрупкую оксидную пленку, производя тем самым очистку поверхности. Очищающее действие дуги при сварке на обратной полярности, на первый взгляд, наилучшим образом подходит для сварки алюминия, магния и их сплавов. Тем не менее, этот способ сварки имеет существенный недостаток. Например, при сварочном токе в 100 А необходимо использовать электрод (по условиям нагрева) диаметром 6 мм. Этот большой электрод имеет, соответственно, большую сварочную ванну. Тепло дуги рассеяно на большой площади изделия, глубина проплавления недостаточная. При использовании электрода диаметром 2,5 мм получаем более сконцентрированную дугу и удовлетворительное проплавление, но происходит перегрев электрода. Из-за недостаточного проплавления и необходимости использовать вольфрамовые электроды большого диаметра GTAW сварка на обратной полярности используется редко. Хорошее проплавление, достигаемое при сварке на прямой полярности, и очищающее действие дуги при сварке на обратной полярности - наилучшая комбинация для сварки алюминия. Для получения преимущества обоих способов сварки используется сварка на переменном токе. При сварке на переменном токе полуволна, дающая обратную полярность, и полуволна, дающая прямую полярность, равны как по величине, так и по длительности. Теоретически, каждая полуволна при сварке должна давать один и тот же сварочный ток. На практике, если подключить осциллограф, видно, что на положительной полуволне (обратная полярность) есть большие пики, спады и даже провалы. Существует две теории, объясняющие это явление. Первая теория - оксидная пленка, покрывающая металл, выступает в качестве выпрямителя, затрудняя движение электронов в противоположном направлении. Вторая теория - расплавленный алюминий обладает меньшей эмиссией электронов, чем разогретый вольфрам. За счет этого поток электронов (и, соответственно, сварочный ток), исходящий из вольфрамового электрода при сварке на обратной полярности, больше, чем основного металла при сварке на прямой полярности. Это явление называют <дуговым спрямлением>. * - источники сварочного тока со спрямленной (прямоугольной) синусоидой не имеют этих недостатков В настоящее время большинство установок для TIG сварки имеют регулировку продолжительности положительной (очищающей) полуволны и продолжительности отрицательной (проплавляющей) полуволны. Различные модели установок имеют различный уровень регулирования. В установках переменного тока с прямоугольной формой импульсов (полупериодов) продолжительность отрицательного полупериода может находиться в пределах 45-68% (при синусоидальном токе - 50%). В улучшенных установках диапазон регулирования достигает 10-90%, т. е. +40%. Сегодня во всем мире производится незначительное количество установок для TIG сварки на переменном токе, имеющих синусоидальную форму тока. Максимальное проплавление при сварке на переменном токе достигается при максимальной продолжительности отрицательной полуволны (минус на электроде) и минимальной продолжительности положительной. При этом: можно использовать больший сварочный ток с меньшим электродом; увеличивается глубина проплавления при данной силе тока и скорости сварки; применяется меньшее сопло сварочной горелки и уменьшается расход защитного газа; околошовная зона получает меньше тепла, соответственно, меньше деформация. Сбалансированная сварка на переменном токе с прямоугольной формой импульсов достигается при равенстве отрицательного и положительного полупериодов, т. е. при частоте 50 Гц, 1/100 с происходит сварка на прямой полярности и 1/100 с - на обратной полярности, при этом увеличивается очищающее действие дуги. Следует заметить, что регулятор баланса для сбалансированного режима сварки находится в положении 3, а не 5. Некоторые установки для TIG сварки имеют цифровой индикатор, показывающий продолжительность полупериода непосредственно в процентах. Максимальное очищающее действие дуги наступает, когда положительная полуволна больше отрицательной, т. е. продолжительность сварки на обратной полярности больше, чем на прямой. Однако следует учитывать, что есть определенный предел увеличения продолжительности положительной полуволны, выше которого улучшение очистки уже не происходит. Снижается скорость сварки, уменьшается глубина проплавления и требуется увеличение диаметра вольфрамового электрода, иначе происходит его перегрев и разрушение. Выше было рассмотрено изменение баланса (соотношения положительной и отрицательной полуволн), при котором сварка производится с применением промышленной частотой 50 Гц (50 положительных и 50 отрицательных полупериодов). Современные инверторные установки для TIG сварки позволяют изменять частоту сварочного тока. С повышением частоты увеличивается давление дуги на сварочную ванну, повышается стабильность горения дуги, и она значительно сужается. При сварке повышенной частотой угловых или стыковых швов с разделкой устраняется отклонение дуги, дуга горит по оси электрода. Это повышает концентрацию энергии и увеличивает глубину проплавления. Инверторные источники сварочного тока позволяют производить сварку в диапазоне частот от 20 до 400 Гц. Сварка на пониженной частоте применяется, когда для выполнения сварного соединения нужна мягкая, с меньшей энергией дуга, например в авиастроении, а также при сварке торцевых швов и когда требуется малая глубина проплавления. Выпускаемые в настоящее время установки для TIG сварки с улучшенной характеристикой позволяют дополнительно к вышесказанному осуществлять независимую (раздельную) регулировку сварочного тока, как в отрицательной, так и в положительной полуволне, т. е. изменять ток сварки на обратной полярности, независимо от тока прямой полярности, и наоборот. Обобщая вышесказанное, установки для выполнения TIG сварки на переменном токе имеют четыре основные независимые регулировки: 1) баланс (процент времени отрицательной полярности электрода); 2) частота, Гц (число циклов в секунду); 3) величина сварочного тока при отрицательной полярности на электроде; 4) величина сварочного тока при положительной полярности на электроде. В отличие от сварки синусоидальным током, сварка на переменном токе с прямоугольной формой импульса с возможностью независимого управления всеми четырьмя функциями дает уникальные возможности: более эффективное тепловложение, которое, в свою очередь, дает увеличение скорости сварки. Изменяя соотношение четырех параметров, можно получить более узкий, по сравнению с синусоидальным током, сварной шов, в то же время имеющий большую глубину проплавления. Установки, имеющие раздельную регулировку сварочного тока, позволяют сваривать металл большей толщины при тех же значениях сварочного тока. Одним из положительных моментов использования установок для TIG сварки с улучшенной характеристикой является очень быстрый переход тока через нулевое значение, при этом не происходит гашение дуги. Наложение на сварочный ток высокочастотного тока необходимо только при бесконтактном зажигании дуги. Установки для TIG сварки с улучшенной характеристикой позволяют сварщику формировать дугу и регулировать валик сварного шва. Для достижения в каждом конкретном случае желаемой глубины проплавления и нужной характеристики шва сварщик может регулировать, отдельно или в комбинации, длительность положительной и отрицательной полуволн, частоту, величину сварочного тока как в отрицательной, так и в положительной полуволне.
